Name: Détermination de l’Excitation et le couplage des taux entre émetteurs de lumière et de la Surface plasmons Polaritons (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
Description: Découvrez une méthode simple pour mesurer les taux d'excitation et de couplage entre émetteurs lumineux et polaritons plasmoniques de surface dans des réseaux métalliques périodiques, sans techniques résolues en temps.

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Cette recherche a été financée par l’Université chinoise de Hong Kong par le biais de la 4053077 de subventions directes et 4441179, RGC affectés recherche subventions concurrentielles, 402812 et 14304314 et zone d’Excellence AoE/P-02/12.

1. installation de la lithographie d’interférence
NOTE : Lithographie d’interférence est utilisée pour fabriquer les tableaux périodiques12. La configuration schématique, comme le montre la Figure 1, est composée comme suit :
<ol><li>L’accent du 325 nm laser d’un laser multimode HeCd une 13 X UV lentille d’objectif et passe à travers un trou de 50 μm basée filtre spatial pour le mode de nettoyage.</li>
	<li>Placez deux Iris de diamètre 2,5 cm 30 cm de distance pour filtrer davantage la région centrale de la lumière déviée. Après le deuxième iris, le diamètre du faisceau est égale à 2,5 cm et augmente très lentement avec la distance, qui est &lt; 3 cm à 1 m de distance de l’iris de deuxième. La lumière est censée être collimatée près. Remarque : La sortie du deuxième iris doit être uniforme lorsque vérifié par l’oeil nu.</li>
	<li>Orienter le faisceau collimaté à interféromètre miroir un Lloyd. Le programme d’installation de la Lloyd contient un porte-échantillon à base de prism et une perpendiculaire de miroir positionné de 5,04 cm à elle. Les illuminations directes et réfléchies ensemble créent une onde stationnaire stable le long de la surface de l’échantillon de structuration. Le prisme agit comme un dispositif antireflet. Remarque : La période P de l’onde stationnaire peut être écrit comme : <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> , où λ = 325 nm et α est l’angle d’incidence en ce qui concerne l’échantillon normal, comme le montre la Figure 1. L’angle d’incidence peut être ajustée en tournant le programme d’installation de la Lloyd.</li>
</ol>2. préparation du tableau périodiques
Remarque : L’échantillon est préparé conformément à la procédure standard, suggérée par le fabricant. Toutes les procédures sont effectuées à température ambiante.
<ol><li>Utiliser un substrat de verre de 1 cm2 . Nettoyez la vitre avec du méthanol acétone pendant 10 min dans un bain ultrasonique chaque et ensuite pré cuis au four sur une plaque de cuisson à 200 ° C pendant 1 h enlever la saleté.</li>
	<li>Spin-manteau du substrat de verre avec une couche d’adhérence épais nm 5 et un 100 nm épais négatif SU-8 photorésine avec un essorage bi-vitesse-coater.<ol>
<li>Diluer la résine SU-8 photosensible avec Gamma-Butyrolactone dans un rapport de 1:5 (v/v) pour que l’épaisseur peut être contrôlé à près de 100 nm après Enduction centrifuge.</li>
		<li>Déposer 3-5 gouttes (0,2 mL) de solution d’adhérence sur le substrat en verre et un essorage à 600 tr/min pendant 10 s et 3600 t/mn pendant 1 min, consécutivement.</li>
		<li>Répétez l’étape 2.2.2 avec 5-7 (0,3 mL) gouttes dilués SU-8 étape 2.2.1 à la même vitesse. Remarque : La couche d’adhérence améliore l’adhérence entre le substrat de verre et la résine photosensible, afin que la résine photosensible ne serait pas décoller au cours de l’élaboration. L’épaisseur de la couche de SU-8 est contrôlée par la concentration et la vitesse d’essorage-coater.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Précuites l’échantillon sur plaques de 65 ° C et 95 ° C pendant 1 min chaque. Fours ne sont pas recommandés ici.</li>
	<li>Transférer l’échantillon dans le prisme de l’interféromètre. Ajouter une goutte d’indice de réfraction correspondant à huile (n = 1,45) pour fixer l’échantillon sur le prisme. Placez-le au plus près le miroir que possible. Remarque : L’échantillon est fixée sur la surface du prisme en raison de la tension superficielle de l’huile. L’indice de réfraction du pétrole est choisie pour être le même que le substrat "prism" et verre pour éliminer une réflexion arrière de l’interférence.</li>
	<li>Pour un trellis carré bidimensionnel, exposer l’échantillon deux fois avec le même temps d’exposition mais les directions orthogonales ; autrement dit, exposer l’échantillon et puis il tourne de 90° pour la seconde exposition. Lorsque la résine photosensible est exposée à une lumière nm 325, il crosslinks et ne peut être dissous par le développeur de SU-8. NOTE : Le diamètre D du tableau peut être contrôlé en ajustant la durée d’exposition.</li>
	<li>Dur, cuire au four de l’échantillon à 65 ° C et 95 ° C pendant 2 min afin d’empêcher le film fissuration.</li>
	<li>Plonger l’ensemble de l’échantillon en développeur pendant 2 min avec agitation continue à dissoudre la zone non exposée.</li>
	<li>Immergez l’échantillon dans l’alcool isopropylique pendant 1 min rincer les résidus et puis sécher à l’air comprimé. Un tableau de nanohole est alors produit.</li>
</ol>3. or Film dépôts et le revêtement de l’émetteur de lumière
<ol><li>Fixer l’échantillon sur le porte-échantillon du magnétron radiofréquence pulvérisation système de dépôt avec ruban adhésif double-face pour les dépôts de films Au.</li>
	<li>Pompe vers le bas de la chambre pour une 2 x 10-6 Torr pression de base à l’aide d’une pompe turbomoléculaire et ensuite retour remplir avec 6 x 10-3 Torr ultra ultra-purs gaz Ar.</li>
	<li>Utiliser une cible d’UA de 99,9 % de diamètre 5 cm et placer un obturateur entre l’échantillon et la cible. Utiliser la puissance faible (50 W) pour réduire le taux de dépôt ainsi que la rugosité de la surface. Avec l’obturateur fermé, avant de bredouiller la cible pendant 10 min enlever la saleté.</li>
	<li>Ouvrir l’obturateur pour traiter de déposition à température ambiante pendant 20 min. Une épaisseur de film de 100 nm est déposé régulièrement pour s’assurer que le système plasmonique est optiquement épais avec aucune transmission.</li>
	<li>Une fois que l’échantillon est prêt, spin-manteau la lumière émettant des matériaux tels que colorants organiques ou quantique points sur la surface du métal pour former une couche mince de diélectriques.<ol>
<li>Pour la teinture de styryl 8 utilisée dans la référence9, dissoudre 20 µg de styryl 8 et 500 µg de polymère d’alcool polyvinylique (PVA) dans 5 mL de méthanol.</li>
		<li>Appliquer 3 à 5 gouttes (0,2 mL) de solution de colorant sur l’échantillon et tournent à 600 tr/min pendant 10 s et 3600 t/mn pendant 1 min consécutivement. L’épaisseur est estimée à 80 nm. Remarque : L’eau soluble ou insoluble polymère peut être utilisé comme ancrage matériel selon le type de matériau luminescent. Cependant, le polymère doit être non-émissif afin qu’il n’interférerait pas avec les mesures de photoluminescence. Polymère d’alcool polyvinylique (PVA) est recommandé pour dissoudre des colorants solubles dans l’eau comme la rhodamine 6 G et styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. réflectivité Mensurations pour déterminer la vitesse de décomposition de la SPP.
Remarque : L’installation résolu de polarisation et d’angle de spectroscopie de réflectivité est montrée dans la Figure 2. Il se compose d’un goniomètre avec trois étapes de rotation pour indépendamment de changer l’orientation de l’échantillon (phase 1) et angle de détection (étape 2) ainsi que l’angle azimutal de l’échantillon (étape 3).
<ol><li>Utilisez une lumière blanche à large bande par une lampe à quartz comme source lumineuse. Tout d’abord de le coupler à un faisceau de fibres multimodes et ensuite il collimater par une paire de lentilles colinéaires de face à face l’objectif (5 X et 60 X). Illuminer le faisceau sur l’échantillon à différents angles d’incidence en changeant l’orientation de l’échantillon. Placez une paire d’incident polariseur et l’analyseur de détection avant et après le prélèvement pour les mesures dépendant de la polarisation. Remarque : Les objectifs face à agissent comme un système de lentilles qui aligne et élargit la source de lumière blanche de la fibre multimode.</li>
	<li>Utiliser une fibre multimode pour recueillir la réflexion spéculaire de l’échantillon, qui est relié à un spectromètre et un détecteur CCD pour la spectroscopie.</li>
	<li>Aligner le programme d’installation avec soin pour s’assurer que l’étape d’orientation échantillon et étapes de rotation de détection sont concentriques, i.e., leur axe de rotation est colinéaires.</li>
	<li>Calibrer l’installation avec un film Au plat. Mesurer les spectres de réflexion à différents angles d’incidence et de les comparer avec les spectres de réflexion théorique calculés par équations de Fresnel en utilisant une fonction connue de diélectrique Au. Les deux ensembles de données soient compatibles avec moins de 5 % d’erreur.</li>
	<li>Lorsque l’installation est prête, mesurer linéairement polarisées, p ou s, les spectres de réflexion de l’échantillon à différents angles d’incidence. La taille du pas de l’angle d’incidence est de 0,5 ° et la résolution de longueur d’onde est de 0,66 nm. Pour collecter les spectres sous plusieurs angles d’incidence, un programme de contrôle est écrit pour l’automatisation, y compris le mouvement mécanique, commande de l’obturateur, d’acquisition de données, soustraction de fond, etc.. Remarque : Cette étape est faite par le calcul. Le programme est disponible sur demande. S’il vous plaît envoyer un email à l’auteur correspondant pour obtenir le code source si nécessaire.</li>
	<li>Contour terrain la réflectivité vs angle longueur d’onde et incident afin d’obtenir la relation de dispersion du système plasmonique pour détermination de mode d’identification et de la décomposition de taux. Remarque : L’angle azimutal de l’échantillon est de localiser la position dans la zone de Brillouin. Par exemple, pour l’échantillon de treillis carré, faites pivoter l’échantillon azimutale une de ses périodes est parallèle à la plane incidente et cela définit la direction de Γ-X. Tourner l’échantillon de 45° pour définir la direction de Γ-M.</li>
	<li>Si l’incident polarisé est fixé à 45° par rapport au plan incident et l’analyseur est à-45 °, mesurer le mappage orthogonales ou polarisation croisée, réflectivité.</li>
	<li>Extraire les spectres de réflexion polarisation p et orthogonaux et fixez-les à l’aide de CMT9,12,13, comme décrit dans l’explication pour déterminer le taux de décomposition de RCR.</li>
</ol>5. Photoluminescence mesures pour déterminer le facteur de puissance d’émission
Remarque : Le montage de photoluminescence résolue en angle et en polarisation est illustré à la Figure 3.
<ol><li>Remplacer la source lumineuse à large bande avec 514 ions d’argon nm ou par un laser HeNe 633 nm. Utilisez un filtre de ligne laser avec une pleine largeur à mi-hauteur (FWHM) inférieure à 5 nm à nettoyer le laser spectralement et placer une plaque de demi-onde pour contrôler l’état de polarisation du faisceau laser. Le goniomètre et l’unité de détection restent inchangés. Placez un filtre avant de l’appareil de détection pour enlever la ligne laser, qui enterre la luminescence. Remarque : La longueur d’onde du laser dépend du type de matériaux électroluminescentes. Énergie de photon supérieure est nécessaire pour exciter le matériau avec la courte longueur d’onde d’émission.</li>
	<li>Pour mesurer le facteur de puissance d’émission pour l’équation (2) et (3), procéder à deux types de mesures : les analyses de détection et d’incident. L’interaction entre l’incident et détection scans aident à déterminer <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> , <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> , <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> , et <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> .</li>
	<li>Pour l’analyse de l’incident, varier l’angle d’incidence en continu mais fixer l’angle de détection en ce qui concerne l’échantillon normal. Remarque : Cette étape est faite par le calcul. Cette configuration excite sélectivement la RCR entrant, qui sont l’angle incident dépendant, tout en surveillant la variation de l’émission sous l’angle de détection choisi. En d’autres termes, l’émission augmente lorsque l’angle d’incidence remplit la phase correspondant à l’équation dans l’équation (1).<ol>
<li>Contour terrain les spectres de photoluminescence contre la longueur d’onde et l’angle d’incidence pour le mappage de l’incident de scan. Mesurer les mappages pour les angles de détection différentes mais les intensités relatives sont trouvées la même chose. Par conséquent, l’analyse des incident sondes l’effet des SPPs entrants sur l’émission ou tout simplement l’amélioration d’excitation, qui permet de mesurer <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> et <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> .</li>
	</ol>
</li>
	<li>Pour l’analyse de détection, fixer l’angle d’incidence en ce qui concerne l’échantillon normal mais varier l’angle de détection. Remarque : Cette étape est faite par le calcul.<ol>
<li>De même, le contour tracé les spectres de photoluminescence avec longueur d’onde et la détection d’angle la détection scan cartographie des rendements. Comme l’émission SPP découle de l’amortissement de rayonnement de RCR, l’émission est fortement dépendant d’angle de détection. Par conséquent, sous excitation constante, l’émission augmente lorsque l’angle de détection remplit EQ. (1). Cette configuration l’augmentation des émissions des sondes et permet de déterminer <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> α différentth commandez aussi longtemps qu’elle a dépendance angle de détection bien définis.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Okamoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon-enhanced+light+emitters+based+on+InGaN+quantum+wells%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon-enhanced light emitters based on InGaN quantum wells.</a> Nature Materials. 3 (9), 601-605 (2004).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Leveraging Nanocavity Harmonics for Control of Optical Processes in 2D Semiconductors.</a> Nano Letters. 15 (5), 3578-3584 (2015).</li>
<li>Gontijo, I., et al. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.60.11564">Coupling of InGaN quantum-well photoluminescence to silver surface plasmons.</a> Physical Review B. 60 (16), 11564(1999).</li>
<li>Huang, K. C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Antenna+electrodes+for+controlling+electroluminescence%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Antenna electrodes for controlling electroluminescence.</a> Nature Communications. 3, 1005(2012).</li>
<li>Atwater, H. A., Polman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).</li>
<li>Anker, J. N., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nmat2162">Biosensing with plasmonic nanosensors.</a> Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.2956391">Excitation enhancement of CdSe quantum dots by single metal nanoparticles.</a> Applied Physics Letters. 93 (5), 053106(2008).</li>
<li>Birowosuto, M. D., Skipetrov, S. E., Vos, W. L., Mosk, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observation+of+Spatial+Fluctuations+of+the+Local+Density+of+States+in+Random+Photonic+Media%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Observation of Spatial Fluctuations of the Local Density of States in Random Photonic Media.</a> Physical Review Letters. 105 (1), 013904(2010).</li>
<li>Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4811749">Determination of coupling rate of light emitter to surface plasmon polaritons supported on nanohole array.</a> Applied Physics Letters. 102 (24), 241109(2013).</li>
<li>Lin, M., Cao, Z. L., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+excitation+rate+of+quantum+dots+mediated+by+momentum-resolved+Bloch-like+surface+plasmon+polaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Determination of the excitation rate of quantum dots mediated by momentum-resolved Bloch-like surface plasmon polaritons.</a> Optics Express. 25 (6), 6029-6103 (2017).</li>
<li>Nikolaev, I. S., Lodahl, P., Driel, A. F. V., Koenderink, A. F., Vos, W. L. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.75.115302">Strongly nonexponential time-resolved fluorescence of quantum-dot ensembles in three-dimensional photonic crystals.</a> Physical Review B. 75 (11), 115302(2007).</li>
<li>Cao, Z. L., Lo, H. Y., Ong, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+absorption+and+radiative+decay+rates+of+surface+plasmon+polaritons+from+nanohole+array%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Determination of absorption and radiative decay rates of surface plasmon polaritons from nanohole array.</a> Optics Letters. 37 (24), 5166-5168 (2012).</li>
<li>Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHaus%2C+HA+%22Waves+and+Fields+in+Optoelectronics%22">Waves and Fields in Optoelectronics</a>. , Prentice-Hall. Englewood Cliffs, N.J. (1984).</li>
</ol>

Les auteurs déclarent qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrentes.

Dans ce protocole, il y a plusieurs étapes cruciales. Tout d’abord, mécanique stabilité est cruciale dans la préparation de l’échantillon. Les ondes stationnaires générées par le programme d’installation de Lloyd est sensible à la différence de phase entre deux faisceaux d’éclairage. Par conséquent, toute vibration pendant le temps d’exposition se dégradera l’uniformité et la netteté des bords de la nanohole. Il est fortement recommandé d’opérer dans un environnement exempt de vibrations, par exemple, une table ...

Plasmon de surface médiée par fluorescence (SPMF) a reçu beaucoup d’attention récemment1,2,3,4,5,6. Lorsque les émetteurs de lumière sont placées à proximité d’un système plasmonique, énergie peut être transférée entre les émetteurs et les polaritons de surface plasmon (SPPs). En général, les forts champs plasmoniques peuvent augmenter fortement l’excitation des émetteurs2. Dans le même temps, le taux d’émission est également augmenté en raison des densité d’États grands créés par RCR, produisant le célèbre Purcell effet3. Ces deux processus travaillent main dans la main en produisant le SPMF. SPMF a suscité de nombreuses applications dans l’éclairage à semi-conducteurs1,4,5et6de bio-detection, la récolte l’énergie il est présentement sous enquête intensive. En particulier, la connaissance des taux de transfert énergétique de la RCR aux émetteurs et vice versa, par exemple, l’excitation et le taux de couplage est d’une grande importance. Toutefois, les processus d’excitation et d’émission sont généralement enchevêtrés ensemble, étude sur cet aspect fait encore défaut. Par exemple, la plupart des études seulement de déterminer le taux de rendement d’excitation, qui compare tout simplement l’émission avec ou sans RCR7. La mesure exacte du taux d’excitation est toujours porté disparue. En revanche, classiques résolution temporelle techniques telles que la spectroscopie de fluorescence lifetime sont couramment utilisés pour étudier la dynamique du processus d’émission, mais on ne peut séparer le taux de couplage de la désintégration totale tarifaire8. Nous décrivons ici comment on peut les déterminer en combinant le modèle d’équation de taux et le mode de couplage temporel théorie9,10. Fait remarquable, nous trouvons que l’excitation et le taux de couplage peuvent être exprimées en termes de quantités mesurables, qui est accessible en effectuant la polarisation-résolue en angle et réflectivité et spectroscopie de photoluminescence. Nous avons tout d’abord décrira la formulation et puis décrire l’instrumentation en détail. Cette approche est tout à fait fréquentiel et il ne nécessite aucun accessoire résolue dans le temps comme les lasers ultra rapides et le temps-corrélé monophotonique compteurs qui sont coûteux et parfois difficile à mettre en œuvre8, 11. nous prévoyons que cette technique pour être une technologie habilitante pour déterminer l’excitation et le couplage des taux entre émetteurs de lumière et de cavités résonnantes.
Le SPMF en systèmes périodiques est informé ici. Pour un système plasmonique périodique où Bloch-comme un RCR peut être généré, autre que l’excitation directe et l’émission, qui se caractérisent par l’excitation l’efficacité η et le taux d’émission spontanée, Γr, les émetteurs peuvent être excitées par RCR entrant et la carie par RCR sortant. En d’autres termes, sous l’excitation de la résonance, SPPs entrants sont générés pour créer de puissants champs plasmoniques que dynamiser les émetteurs. Une fois que les émetteurs sont excités, énergie d’eux peut être transféré à SPPs sortants, qui par la suite radiativement dissipent à champ lointain, donnant lieu à l’émission accrue. Ils définissent SPMF. Pour les émetteurs de deux niveaux simples, l’excitation renvoie à la transition accrue d’électrons entre le sol et les états excités alors que l’émission définit la désintégration des électrons vers les États fondamentaux, accompagnées d’une émission de photon aux longueurs d’onde définie par la différence d’énergie entre les états excités et de masse. Les conditions d’excitation et d’émission pour le SPMF sont nécessaires pour atteindre la phase connue correspondant à équation pour exciter les entrants et sortants SPPs9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
où εun et εm sont les constantes diélectriques des diélectriques et le métal, θ et φ sont les angles incidents et azimutales, P est la période du tableau, λ est la longueur d’onde d’excitation et d’émission, et m et n sont des entiers spécifiant l’ordre de RCR. Pour l’excitation, le wavevector dans le plan du faisceau laser sera Bragg dispersés aux match momentum avec le RCR entrant et le θ et φ ensemble définissent la configuration spécifiée incidente pour excitant la RCR pour améliorer l’absorption électronique à la excitation d’onde λex. De même, pour l’émission, le RCR sortant sera inversement Bragg dispersés pour correspondre avec la ligne claire et les angles représentent maintenant les canaux d’émission possible à l’émission d’onde λem. Toutefois, il est à noter que comme les émetteurs peuvent accrocher leur énergie à vectoriels SPPs multiplication avec <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> qui a la même grandeur <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> mais des directions différentes, la RCR peut se désintégrer par l’intermédiaire de diverses combinaisons de (m, n) à l’équation suivante champ lointain (1).
En utilisant le modèle d’équation de taux et de la théorie des modes couplés temporelle (CMT), nous trouver que l’excitation taux Γex, c'est-à-dire, le taux de transfert d’énergie de RCR aux émetteurs, peut être exprimée en9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
où η est le taux susmentionnés excitation directe en l’absence de la RCR entrants, Γtot est le taux de désintégration totale de la RCR entrant <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> dans lequel Γabs et Γrad sont l’absorption ohmique et taux de désexcitation radiative de RCR, et <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> est le ratio de puissance de photoluminescence avec et sans les SPPs entrants. En revanche, le couplage taux Γc, c'est-à-dire, le taux de transfert d’énergie des émetteurs à un RCR, peut être écrite comme :
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
où Γr est le taux d’émissions directes, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> est le ratio de puissance de photoluminescence entre αth SPP médiée par désintégration et ports directe et Γradα et Γtot sont les tarifs de désexcitation radiative pour le port deth α et le taux de décomposition totale. Nous allons voir que, alors que tous les taux de décroissance de PSP peuvent être mesurées par spectroscopie de réflectivité, le facteur de puissance d’émission peut être déterminé par spectroscopie de photoluminescence. Détails des formulations peuvent être trouvés dans référence9,10.

<table><tbody><tr><td>SU-8</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000.5</td><td></td></tr><tr><td>Solution d’adhérence</td><td>MicroChem</td><td>Omnicoat</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Diluant (Gamma-Butyrolactone)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000 Diluant</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Développeur</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 Développeur</td><td></td></tr><tr><td>Spin Coater</td><td>Chemat Technology</td><td>KW-4A</td><td></td></tr><tr><td>HeCd laser</td><td>KIMMON KOHA CO., LTd</td><td>IK3552R-G</td><td></td></tr><tr><td>Obturateur</td><td>Thorlabs</td><td>SH05</td><td></td></tr><tr><td>Objectif pour la préparation des échantillons</td><td>Newport</td><td>U-13X</td><td></td></tr><tr><td>Sténopé</td><td>Newport</td><td>PNH-50</td><td></td></tr><tr><td>Iris</td><td>Newport</td><td>M-DI47.50</td><td></td></tr><tr><td>Prisme</td><td>Thorlabs</td><td>PS611</td><td></td></tr><tr><td>Platine de rotation pour la préparation des échantillons</td><td>Newport</td><td>481-A</td><td></td></tr><tr><td>Système de dépôt de supttering</td><td>Homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Rotation Stage 1</td><td>Newport</td><td>URM80ACC</td><td></td></tr><tr><td>Stage de rotation 2</td><td>Newport</td><td>RV120PP</td><td></td></tr><tr><td>Stage de rotation 3</td><td>Newport</td><td>SR50PP</td><td></td></tr><tr><td>Bras de détection</td> Lampe à quartz <td>faite maison</td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>66884</td><td></td></tr><tr><td>Faisceau de fibres</td><td>Newport</td><td>77578</td><td></td></tr><tr><td>Objectif de mesure</td><td>Newport</td><td>M-5X & M-60X</td><td></td></tr><tr><td>Polariseur & Analyseur</td><td>Thorlabs</td><td>GT15</td><td></td></tr><tr><td>Spectromètre multimode à fibre</td><td>Thorlabs</td><td>BFL105LS02</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Newport</td><td>MS260i</td><td></td></tr><tr><td>CCD</td><td>Andor</td><td>DV420-OE</td><td></td></tr><tr><td>514nm Argon Ion Laser</td><td>Spectra-Physics</td><td>177-G01</td><td></td></tr><tr><td>633nm HeNe Laser</td><td>Newport</td><td>R-32413</td><td></td></tr><tr><td>CdSeTe quantum dot</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>q21061mp</td><td></td></tr><tr><td>Polymère d’alcool vinylique (PVA)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>363073</td><td></td></tr><tr><td>Programme de contrôle</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td></td></tr></tbody></table>

détermination de l’excitation et le couplage des taux entre émetteurs de lumière et de la surface plasmons polaritons

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

Nous avons développé une méthode unique pour mesurer l’excitation et le couplage des taux entre les émetteurs de lumière et la surface plasmons polaritons (SPPs) découlant des tableaux périodiques métalliques sans faire appel à des techniques de résolution temporelle. Nous avons formulé les tarifs par quantités qui peuvent être mesurées par simples mesures optiques. L’instrumentation basée sur la polarisation-résolue en angle et réflectivité et spectroscopie de photoluminescence décrira en détail ici. Notre approche est intéressante en raison de sa simplicité, qui exige l’optique systématique et plusieurs phases mécanique et est donc très abordable à la plupart des laboratoires de recherche.

Un exemple d’un tableau périodique Au est donné dans l’encart de la Figure 4 a8. L’image d’affichage SEM plan montre que l’échantillon est un tableau de trou circulaire de treillis carré 2D avec une période de 510 nm, à une profondeur de trou de 280 nm et un diamètre de 140 nm. Le mappage de réflectivité polarisation p pris le long de la direction de Γ-X est illustré à la Figure 4 a. La ligne pointillée es...

Ce protocole décrit l’instrumentation pour la détermination de l’excitation et de tarifs entre émetteurs de lumière et de polaritons de plasmon de surface Bloch-comme découlant des tableaux périodiques de couplage.

Détermination de l’Excitation et le couplage des taux entre émetteurs de lumière et de la Surface plasmons Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans l’amélioration de la fluorescence, telles que la fluorescence médiée par plasmon de surface. Le principal avantage de cette technique est qu’elle différencie les processus d’excitation et de décomposition de la fluorescence médiée par plasmon de surface entièrement dans le domaine fréquentiel. Préparez un substrat pour le réseau périodique.Pour cette expérience, utilisez un morceau de verre d’un centimètre carré. Nettoyez-le dans des bains à ultrasons de méthanol et d’acétone pendant 10 minutes chacun. Une fois terminé, placez-le sur une plaque chauffante à 200 degrés Celsius pendant une heure.Pour les étapes de revêtement par centrifugation, diluez la résine photosensible native avec un diluant et préparez la solution d’adhérence. Déplacez le substrat de verre dans une machine à revêtir et déposez-y trois à cinq gouttes de solution d’adhérence. Faites tourner le substrat à 600 tr/min pendant 10 secondes, puis à 3 600 tr/min pendant une minute.Ensuite, placez cinq à sept gouttes de résine photosensible diluée sur le substrat. Appliquez une couche de centrifugation sur le substrat à 600 tr/min pendant 10 secondes, puis à 3 600 tr/min pendant une minute. Une fois terminé, déplacez l’échantillon revêtu de centrifugation sur une plaque chauffante à 65 degrés Celsius et laissez-le là pendant une minute.Ensuite, transférez l’échantillon dans une plaque chauffante à 95 degrés Celsius et laissez-le pendant une minute supplémentaire. À partir de la plaque chauffante, prélever l’échantillon à monter sur un interféromètre de Lloyd’s. L’installation dispose d’un prisme pour un porte-échantillon, avec un miroir perpendiculaire à celui-ci.Utilisez une goutte d’huile correspondant à l’indice de réfraction sur l’échantillon pour le fixer au prisme. Placez l’échantillon aussi près que possible du miroir. Exposez l’échantillon dans cette orientation initiale.Ensuite, pour créer un réseau carré bidimensionnel, faites pivoter l’échantillon de 90 degrés sur le prisme. Utilisez le même temps d’exposition pour une deuxième exposition. Remettez l’échantillon dans la plaque chauffante à 65 degrés Celsius pendant deux minutes.Ensuite, placez-le sur la plaque chauffante à 95 degrés Celsius pendant deux minutes. Ensuite, plongez l’échantillon dans le révélateur pendant deux minutes avec une agitation continue. Récupérez l’échantillon et plongez-le dans de l’alcool isopropylique pendant une minute, pour rincer les résidus.Travaillez avec un système de dépôt par pulvérisation cathodique RF pour mettre un film d’or de 100 nanomètres sur l’échantillon. Une fois que l’échantillon est prêt, apportez-le avec une préparation de colorant au styryl 8 dans une machine à essorer. Versez 0,2 millilitre, soit trois à cinq gouttes, de la solution sur l’échantillon.Étalez-le par centrifugation pour produire une épaisseur d’environ 80 nanomètres. Pour les mesures de réflectivité, utilisez un goniomètre. Ce système utilise la lumière blanche à large bande d’une lampe à quartz.Un faisceau de fibres multimodes transmet la lumière aux lentilles d’objectif face à face pour la collimation. Un polariseur et un obturateur sont les suivants sur le chemin. La lumière éclaire un échantillon sur un étage d’échantillonnage avec trois étages de rotation indépendants.Un analyseur de détection est après l’étape de l’échantillon. Une autre fibre multimode collecte la réflexion spéculaire de l’échantillon, pour la transmettre à un spectromètre et à une caméra CCD. Après avoir aligné et calibré la configuration, mettez en place un système automatisé pour collecter les données.Utilisez l’automatisation pour parcourir différents angles d’incidence et collecter les spectres de réflexion. Pour ces mesures, la taille du pas de l’angle d’incidence est de 0,5 degré. La résolution de longueur d’onde est de 0,66 nanomètre.Pour mesurer la réflectivité orthogonale, modifiez la configuration. Réglez le polariseur incident à 45 degrés par rapport au plan incident. Réglez l’analyseur à moins 45 degrés par rapport au plan d’incident.Procédez à une autre mesure automatisée. Les mesures de photoluminescence nécessitent une autre modification de la configuration. Remplacez la source lumineuse à large bande par un laser à hélium néon de 633 nanomètres.Placez un filtre laser avant le polariseur. Placez également une plaque demi-ondulée après l’obturateur. Complétez la configuration en remplaçant l’analyseur par un filtre coupe-bande avant le spectromètre.Effectuez des analyses d’incident automatisées en fixant l’angle de détection et en faisant varier l’angle d’incident par rapport à la normale de l’échantillon. Les polaritons plasmoniques de surface dépendent de l’angle incident et sont excités de manière sélective. Ensuite, effectuez un balayage de détection en fixant l’angle d’incidence par rapport à la normale de l’échantillon et en faisant varier l’angle de détection.Il s’agit de la cartographie de réflectivité polarisée P prise le long de la direction gamma X du réseau d’or dans l’encart. La ligne pointillée est calculée à l’aide de l’équation d’appariement de phase, et implique que M est égal à moins un et N est égal à zéro polaritons de plasma de surface sont excités. Cette carte de réflectivité est prise lorsque le polariseur et l’analyseur sont à des positions orthogonales.L’arrière-plan est maintenant nul, comme l’indique le bleu de la carte des couleurs. Les profils de réflectivité ont des pics en vert, au lieu de creux, car seuls les polaritons du plasma de surface restent après avoir supprimé l’arrière-plan. Il s’agit de la cartographie de réflectivité polarisée P et de la cartographie de réflectivité orthogonale le long du gamma X pour le cadmium, le sélénium, le telluride, le polymère PVA dopé aux points quantiques, enduit de spin sur le réseau.De plus, voici les données pour les mesures de photoluminescence d’incident et d’angle de détection. Les données peuvent être utilisées pour déterminer les taux d’excitation et de couplage entre les émetteurs de lumière et les cavités résidentes. Bien que cette méthode puisse donner un aperçu de l’amélioration de la fluorescence à partir de réseaux périodiques, elle peut également être appliquée à d’autres systèmes, tels que les métamatériaux et les cristaux photoniques.Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en trois heures, si elle est correctement exécutée. Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de vérifier l’alignement de la configuration du réseau, ainsi que la polarisation et les angles de la spectrographie de réflectivité. Après son développement, cette technique a ouvert la voie aux chercheurs dans le domaine des photoluminescences pour explorer la fluorescence améliorée par plasma de surface dans le domaine de l’amélioration des résines.Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de déterminer l’excitation et le taux de couplage entre les émetteurs de lumière et les polaritons de plasma de surface provenant de réseaux périodiques.

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