Name: Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte Plasmon Polaritons (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
Description: Leer een eenvoudige methode om excitatie- en koppelingsnelheden tussen lichtemitterende deeltjes en oppervlakte-plasmon-polaritons te meten met hoek- en polarisatie-afhankelijke reflectie- en fotoluminescentiespectroscopie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd gesteund door de Chinese Universiteit van Hongkong door de directe subsidies 4053077 en 4441179, regering van Cambodja concurrerende gereserveerd onderzoekssubsidies, 402812 en 14304314, en het gebied van excellentie AoE/P-02/12.

1. installatie van interferentie lithografie
Opmerking: Interferentie lithografie wordt gebruikt voor het fabriceren van de periodieke matrices12. De schematische setup, is zoals is weergegeven in Figuur 1, opgebouwd als volgt:
<ol><li>Richten de 325 nm laser van een multimode laser HeCd op een 13 X UV objectief en pas het via een gaatje 50 μm gebaseerd ruimtelijke filter voor modus schoonmaken.</li>
	<li>Plaats twee 2,5 cm diameter irissen 30 cm uit elkaar om verder filteren door bijvoorbeeld de centrale regio van de uiteenlopende licht. Na de tweede iris, de diameter van de lichtbundel gelijk aan 2,5 cm en zeer langzaam toeneemt met de afstand, die < 3 cm op 1 m afstand van het tweede iris is. Het licht wordt uitgegaan worden bijna collimated. Opmerking: De uitvoer van tweede iris eenvormig moet zijn wanneer gecontroleerd door blote ogen.</li>
	<li>Sturen de collimated lichtbundel naar een Lloyd's mirror interferometer. De Lloyd's-instelling bevat een prisma gebaseerde monsterhouder en een 5.04 cm spiegel geplaatst loodrecht op het. De directe en gereflecteerde illuminations creëren samen een stabiele staande golf langs het oppervlak van de steekproef voor patronen. Het prisma fungeert als een antireflection apparaat. Opmerking: De periode P van de staande golf kan worden geschreven als: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> </img>, waar λ = 325 nm en α is de incident hoek ten opzichte van normaal monster, zoals is weergegeven in Figuur 1. Het incident hoek kan worden afgestemd door het draaien van de Lloyd's-instelling.</li>
</ol>2. periodieke Array voorbereiding
Opmerking: Het monster is bereid volgens de standaard procedure voorgesteld door de fabrikant. Alle procedures worden uitgevoerd bij kamertemperatuur.
<ol><li>Gebruik een 1 cm2 glas substraat. Het glas met methanol en aceton gedurende 10 minuten in het ultrasoonbad reinigen en dan vooraf te bakken op een hete plaat bij 200 ° C gedurende 1 h om vuil te verwijderen.</li>
	<li>Spin-jas het glas-substraat met een 5 nm dikke hechting laag en een 100 nm dikke negatieve SU-8 fotoresist met een spin-coater van twee snelheden.<ol>
<li>De SU-8 fotoresist met Gamma-butyrolacton in een verhouding van 1:5 (v/v) te verdunnen zodat de dikte controleerbaar dicht bij 100 nm na spin-coating.</li>
		<li>3-5 druppels (0,2 mL) van de oplossing van de hechting op het glas-substraat en spin op 600 rpm voor 10 s en 3600 rpm voor 1 min, opeenvolgend afzien.</li>
		<li>Herhaal stap 2.2.2 met 5-7 (0.3 mL) druppels van verdunde SU-8 vanaf stap 2.2.1 met dezelfde snelheid. Opmerking: De hechting laag verbetert de hechting tussen het glas-substraat en de fotoresist zodat de fotoresist zou niet schil af tijdens het ontwikkelen. De dikte van de laag van de SU-8 wordt bepaald door de concentratie en de snelheid van de spin-coater.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Prebake van het monster op 65 ° C en 95 ° C-pits kookplaat voor elke 1 min. Ovens worden hier niet aanbevolen.</li>
	<li>Het monster aan de prisma in de interferometer overdragen. Voeg een druppel brekingsindex bijpassende olie (n = 1,45) te koppelen van het monster op het prisma. Plaats deze zo dicht mogelijk bij de spiegel mogelijk. Opmerking: Het monster is aangesloten op prism oppervlak als gevolg van de oppervlaktespanning van de olie. De brekingsindex van olie is gekozen om hetzelfde als prism en glas substraat te elimineren terug reflectie van de storing.</li>
	<li>Voor een tweedimensionaal vierkante lattice, bloot het monster twee keer met dezelfde blootstellingstijd maar een loodrechte richtingen; dat wil zeggen het monster bloot en vervolgens worden gedraaid met 90° voor de tweede blootstelling. Wanneer de fotoresist is blootgesteld aan een 325 nm licht, het crosslinks en kan niet worden opgelost door de SU-8-ontwikkelaar. Opmerking: De diameter D van de matrix kan worden gecontroleerd door de belichtingstijd aanpassen.</li>
	<li>Hard bak het monster bij 65 ° C en 95 ° C gedurende 2 minuten om te voorkomen dat kraken film.</li>
	<li>Dompel het gehele monster in ontwikkelaar voor 2 min met voortdurende agitatie te ontbinden van het blootgestelde gebied.</li>
	<li>Dompel het monster in isopropyl alcohol voor 1 min te spoelen de storingswaarden en vervolgens droog het met perslucht. Een nanohole matrix wordt vervolgens geproduceerd.</li>
</ol>3. de Gouden Film afzetting en lichte Emitter Coating
<ol><li>Bevestig het monster aan de houder van de steekproef van de radiofrequentie magnetron kathodische depositie systeem met dubbelzijdige tape voor Au film afzetting.</li>
	<li>Pomp beneden de kamer tot een 2 x 10-6 Torr basis druk gebruik van een turbomoleculaire pomp en vervolgens terug vullen met 6 x 10-3 Torr ultra hoge zuiverheid Ar gas.</li>
	<li>Gebruik van een streefcijfer voor de 99,9% Au van 5 cm diameter en plaats een sluitertijd tussen het monster en de doelstelling. Gebruik laag vermogen (50 W) om het tarief van de depositie evenals de oppervlakteruwheid. Met de sluiter is gesloten, sputter vooraf het streefcijfer voor 10 min om vuil te verwijderen.</li>
	<li>Open de sluiter te verwerken afzetting bij kamertemperatuur gedurende 20 minuten. Een laagdikte van 100 nm routinematig wordt gestort om ervoor te zorgen dat de Enterprise systeem optisch dik met geen transmissie is.</li>
	<li>Zodra het monster klaar is, draai-jas het oplichtende materiaal zoals organische kleurstoffen of quantum dots op het metaaloppervlak te vormen van een dunne laag van diëlektrica.<ol>
<li>Los voor de styryl 8 kleurstof gebruikt in de verwijzing9, 20 µg styryl 8 en 500 µg polymeer van polyvinylalcohol (PVA) in 5 mL methanol.</li>
		<li>Afzien van 3-5 druppels (0,2 mL) van de oplossing van de kleurstof op het monster en draaien op 600 rpm voor 10 s en 3600 rpm voor 1 min achter elkaar. De dikte wordt geschat op 80 nm. Opmerking: Water oplosbare of onoplosbare polymeer kan worden gebruikt als verankerende materiaal afhankelijk van het soort emitterende materiaal. Het polymeer moet echter niet-emissieve zodat het niet met de fotoluminescentie metingen interfereren zou. Polymeer van polyvinylalcohol (PVA) wordt aanbevolen voor het oplossen van in water oplosbare kleurstoffen zoals rhodamine 6 G en styryl 8.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. reflectiviteit metingen voor het bepalen van de SPP verval tarieven
Opmerking: De polarisatie - en hoek-resolved reflectiviteit spectroscopie setup is afgebeeld in Figuur 2. Het bestaat uit een goniometer met drie fasen van de rotatie voor het onafhankelijk van elkaar wijzigen van de afdrukstand van de steekproef (fase 1) en detectie hoek (fase 2), alsmede de monster azimutale hoek (fase 3).
<ol><li>Een breedband wit licht uit een quartz-lamp als de lichtbron te gebruiken. Koppel het eerst aan een bundel multimode-glasvezel en dan collimate het door een paar collineaire face-to-face objectieven (5 X en 60 X). De lichtbundel op het monster bij verschillende incident hoeken verlichten door het monster afdrukstand wijzigt. Plaats een paar incident polarisator en detectie analyzer voor en na het monster voor polarisatie-afhankelijke metingen. Opmerking: De doelstellingen van aangezicht tot aangezicht fungeren als een lenssysteem dat collimates en breidt de witte lichtbron van de multimode-glasvezel.</li>
	<li>Het gebruik van een multimode-glasvezel voor het verzamelen van de spiegelende reflectie van het monster, die is aangesloten op een spectrometer en een CCD-detector voor spectroscopie.</li>
	<li>Uitlijnen van de installatie zorgvuldig opgeven, zodat de monster oriëntatie stadium zowel de detectie rotatie stadia zijn concentrische, dwz., hun rotatieassen collineair zijn.</li>
	<li>Kalibreer de setup met een platte Au-film. De spectra van de reflectie op verschillende incident hoeken meten en deze te vergelijken met de theoretische reflectie spectra berekend met de Fresnelvergelijkingen met behulp van een bekende Au diëlektrische functie. Deze twee gegevensverzamelingen moeten verenigbaar zijn met minder dan 5% van de fout.</li>
	<li>Zodra de installatie klaar is, het lineair gepolariseerde, p of s, reflectie spectra van het monster bij verschillende incident hoeken meten. De stap-grootte van de invallende hoek is 0,5 ° en de resolutie van de golflengte is 0,66 nm. Het verzamelen van de spectra onder meerdere incident hoeken, is een controle-programma geschreven voor automatisering met inbegrip van de mechanische beweging sluiter controle, data-acquisitie, achtergrond aftrekken, enz. Opmerking: Deze stap gebeurt rekenkundig. Het programma is beschikbaar op aanvraag. Stuur een e-mail naar de overeenkomstige auteur voor de broncode indien nodig.</li>
	<li>Contour plot de reflectiviteit vs. golflengte en incident hoek te verkrijgen van de relatie van de spreiding van de Enterprise systeem voor modus bepalen van identificatie en verval. Opmerking: De monster azimutale hoek is te vinden van de positie in de Brillouinzone. Bijvoorbeeld voor vierkante lattice monster, draai het monster azimutale zo dat zijn perioden parallel met het incident vliegtuig is en dit de richting van de Γ-X bepaalt. Het monster van 45° te definiëren van de Γ-M richting draaien.</li>
	<li>Indien het incident gepolariseerd is ingesteld op 45° met betrekking tot het incident vliegtuig en de analyzer bij-45 is °, meet de orthogonale, of cross-gepolariseerd, reflectiviteit toewijzing.</li>
	<li>Pak de p-gepolariseerd en orthogonale reflectie spectra en ze passen met behulp van CMT9,12,13, zoals beschreven in de discussie om te bepalen van de tarieven van het verval van SPPs.</li>
</ol>5. fotoluminescentie metingen voor de bepaling van de emissie vermogen verhouding
Opmerking: De hoek - en polarisatie-resolved fotoluminescentie setup is afgebeeld in Figuur 3.
<ol><li>De breedband lichtbron vervangen door 514 nm argon ion of 633 nm HeNe laser. Gebruik van een laser lijn filter met een volle breedte halve maximum (FWHM) minder dan 5 nm tot de laser spectraal schoon en plaats een half-golf plaat om te controleren de staat van de polarisatie van de laserstraal. De goniometer en de detectie-eenheid blijven onveranderd. Een inkeping filter plaatsen voordat de detectie-eenheid te verwijderen van de laser-lijn, die de luminescentie begraaft. Opmerking: De golflengte van de laser is afhankelijk van het type van emitterende materialen. Hoger foton-energie is nodig om te prikkelen het materiaal met kortere golflengte van de emissie.</li>
	<li>Voor het meten van de emissie vermogen verhouding voor Eq. (2) & (3), twee soorten metingen te verrichten: de detectie en incident scans. Het samenspel tussen het incident en detectie scans helpen bij het bepalen van <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> </img>, <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> </img>, <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> </img>, en <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> </img>.</li>
	<li>Voor het incident scan, de incident hoek continu variëren, maar de detectie hoek ten opzichte van de normale steekproef vast. Opmerking: Deze stap gebeurt rekenkundig. Deze configuratie prikkelt selectief de inkomende SPPs, die incident hoek afhankelijk, terwijl het toezicht op de variatie van de uitstoot onder de gekozen detectie hoek. Met andere woorden, verhoogt de emissie wanneer het incident hoek vervult de bijpassende vergelijking in Eq. (1) fase.<ol>
<li>Contour plot de spectra fotoluminescentie tegen golflengte en de incident hoek voor de toewijzing van incident scan. Meten van de toewijzingen voor de detectie van de verschillende hoeken, maar de relatieve intensiteiten vindt u hetzelfde. Dus, het incident scan sondes het effect van de inkomende SPPs op de emissie of gewoon de verbetering van excitatie, waardoor we kunnen meten <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> en <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> </img>.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voor de detectie-scan, de incident hoek ten opzichte van de normale steekproef vast te stellen maar variëren de detectie hoek. Opmerking: Deze stap gebeurt rekenkundig.<ol>
<li>Contour plot ook de fotoluminescentie spectra met een golflengte en detectie hoek opbrengst de detectie scan toewijzen. Zoals de SPP-emissie vloeit uit de demping van de straling van SPPs voort, is de uitstoot sterk detectie hoek afhankelijk. Daarom, verhoogt de uitstoot onder constante excitatie, wanneer de detectie hoek Eq. (1 vervult). Deze configuratie sondes van de verhoging van de emissie en laat ons toe om het bepalen <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> voor verschillende αth bestellen, zolang het heeft welomschreven detectie hoek afhankelijkheid.</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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen hebben.

In dit protocol zijn er verschillende kritische stappen. Eerste, mechanische stabiliteit is van cruciaal belang in de bereiding van de monsters. De staande golf gegenereerd door Lloyd's setup is gevoelig voor het verschil van de fase tussen twee verlichting balken. Daarom zal de trillingen tijdens de belichtingstijd degraderen de uniformiteit en de rand scherpte van de nanohole. Het is sterk aanbevolen om te opereren in een trillingsvrije omgeving, bijvoorbeeld, een optische tafel met vibratie isolatie ondersteu...

Oppervlakte plasmon gemedieerde fluorescentie (SPMF) heeft aanzienlijke aandacht gekregen onlangs1,2,3,4,5,6. Wanneer licht vervuilers worden geplaatst in de nabijheid van een Enterprise systeem, kan energie worden overgedragen tussen de vervuilers en oppervlakte plasmon polaritons (SPPs). In het algemeen kunnen de sterke Enterprise velden sterk verbeteren de excitatie van de vervuilers2. Op hetzelfde moment, is het percentage van de uitstoot ook verhoogd vanwege de grote dichtheid-van-toestanden aangemaakt door SPPs, opbrengst van de bekende Purcell effect3. Deze twee processen werken hand in hand bij het opstellen van de SPMF. Als SPMF heeft talrijke toepassingen in Solid state lighting1,4, energie oogsten van5en6van het bio-detectie, stimuleerde is het momenteel onder intensief onderzoek. Met name de kennis van de overdrachtsnelheden van de energie van de SPPs naar de vervuilers en vice versa, dat wil zeggen, de excitatie en het koppelen van tarieven, is van groot belang. Echter, de excitatie en emissie processen zijn meestal elkaar verstrikt, studie op dit aspect ontbreekt nog. Bijvoorbeeld, bepalen de meeste studies alleen de efficiencyratio excitatie, die gewoon de uitstoot met en zonder SPPs7 vergelijkt. De nauwkeurige meting van de excitatie-tarief ontbreekt nog. Aan de andere kant, resolved conventionele time-technieken zoals levensduur Fluorescentiespectroscopie worden routinematig gebruikt voor het bestuderen van de dynamiek van de emissie-proces, maar ze zijn niet in staat om te scheiden van het tarief van de koppeling van het totale verval tarief8. Hier beschrijven we hoe men hen kan bepalen door het model van de vergelijking tarief en de temporele gekoppelde modus theorie9,10te combineren. Opvallend, vinden wij dat de excitatie en het koppelen van de tarieven kunnen worden uitgedrukt in termen van meetbare grootheden, welke toegankelijk zijn door het uitvoeren van hoek - en polarisatie-resolved reflectiviteit en fotoluminescentie spectroscopie. Wij zullen eerst een overzicht van de formulering en vervolgens de instrumentatie in detail te beschrijven. Deze benadering is volledig frequentiedomein gebaseerd en op doet niet vergen geen time-resolved accessoires zoals ultra-snelle lasers en tijd-gecorreleerde single-photon tellers, die zijn duur en soms moeilijk uit te voeren van8, 11. Wij verwachten dat deze techniek om een inschakelen technologie voor de bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en resonant Holten.
De SPMF in periodieke systemen is hier ingelicht. Voor een periodiek Enterprise systeem waar Bloch-achtige SPPs kunnen worden gegenereerd, dan directe excitatie en emissie, die worden gekenmerkt door de excitatie-efficiëntie η en spontane emissie tarief Γr, de stralers kunnen worden opgewonden door inkomende SPPs en verval via de uitgaande SPPs. Met andere woorden, onder resonantie excitatie, worden inkomende SPPs gegenereerd om te maken van sterke Enterprise velden die energieke de stralers. Zodra de stralers enthousiast zijn, kan energie van hen worden overgedragen aan uitgaande SPPs, die vervolgens stralings naar ver-veld verdrijven, die aanleiding geven tot verbeterde emissie. Zij bepalen de SPMF. Voor eenvoudige twee-niveau vervuilers verwijst de excitatie naar de verhoogde overgang van elektronen uit de grond naar de opgewonden Staten overwegende dat de uitstoot het verval van elektronen terug naar de Staten van de grond definieert, begeleid door photon emission bij golflengten gedefinieerd door het energieverschil tussen de opgewonden en gemalen. De excitatie en emissie voorwaarden voor de SPMF zijn vereist om te voldoen aan de bekende fase bijpassende vergelijking te prikkelen de inkomende en uitgaande SPPs9
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
waar εeen en εm zijn de constanten van de diëlektrische verwarming van de diëlektrica en de metaal, θ en φ zijn de hoeken van het incident en azimutale P is de periode van de matrix, λ de golflengte excitatie of emissie is en m en n zijn de gehele getallen opgeven van de volgorde van SPPs. Voor excitatie, zullen de in-plane-wavevector van de laserstraal Bragg verspreid naar impuls wedstrijd met de inkomende SPPs en de θ en φ samen bepalen de opgegeven incident configuratie voor het spannende van het SPPs ter verbetering van de elektronische absorptie bij de excitatie golflengte λex. Ook voor de emissie zullen de uitgaande SPPs omgekeerd Bragg verspreid om te matchen met de lichtlijn en de hoeken vertegenwoordigen nu de mogelijke emissie-kanalen op de emissie golflengte λem. Echter is opgemerkt dat als de stralers hun energie aan vectoriële teeltmateriaal SPPs met koppelen kunnen <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> die dezelfde grootte heeft <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> maar verschillende richtingen, de SPPs kunnen verval via verschillende combinatie van (m, n) te ver-veld volgende Eq. (1).
Met behulp van het tarief vergelijking model en temporele gekoppelde modus theorie (CMT), we vinden dat de excitatie tarief Γex, dat wil zeggen, de energie transfer rate van SPPs aan vervuilers, kan worden uitgedrukt als9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
waar η het tarief van de eerder genoemde rechtstreekse excitatie in de afwezigheid van de inkomende SPPs, Γtot is het percentage van de totale verval van de inkomende SPPs <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> waarin Γabs en Γrad de Ohmse absorptie en de radiatieve verval tarieven van SPPs zijn, en <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> is de fotoluminescentie vermogen verhouding met en zonder de inkomende SPPs. Aan de andere kant, kan de koppeling tarief Γc, dat wil zeggen, de energie transfer rate van vervuilers te SPPs, geschreven worden als:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
waar Γr het percentage van de directe uitstoot is, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> is de fotoluminescentie machtsverhouding tussen de αth SPP gemedieerde verval en directe poorten en Γradα en Γtot de radiatieve verval-tarieven voor de αth poort en de totale verval tarieven. We zullen zien dat terwijl alle de SPP verval kan worden gemeten door de reflectiviteit spectroscopie, de uitstoot vermogen verhouding kan worden bepaald door fotoluminescentie spectroscopie. Details van de formuleringen kunnen worden gevonden in verwijzing9,10.

<table><tbody><tr><td>SU-8</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000.5</td><td></td></tr><tr><td>Adhesion solution</td><td>MicroChem</td><td>Omnicoat</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone)</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 2000 Thinner</td><td></td></tr><tr><td>SU-8 Developer</td><td>MicroChem</td><td>SU-8 Developer</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>Shutter</td><td>Thorlabs</td><td>SH05</td><td></td></tr><tr><td>Objective for sample preparation</td><td>Newport</td><td>U-13X</td><td></td></tr><tr><td>Pinhole</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>Prism</td><td>Thorlabs</td><td>PS611</td><td></td></tr><tr><td>Rotation stage for sample preparation</td><td>Newport</td><td>481-A</td><td></td></tr><tr><td>Supttering Deposition System</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>Rotation Stage 2</td><td>Newport</td><td>RV120PP</td><td></td></tr><tr><td>Rotation Stage 3</td><td>Newport</td><td>SR50PP</td><td></td></tr><tr><td>Detection arm</td><td>Homemade</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Quartz lamp</td><td>Newport</td><td>66884</td><td></td></tr><tr><td>Fiber Bundle</td><td>Newport</td><td>77578</td><td></td></tr><tr><td>Objective for measurement</td><td>Newport</td><td>M-5X &amp; M-60X</td><td></td></tr><tr><td>Polarizer &amp; Analyzer</td><td>Thorlabs</td><td>GT15</td><td></td></tr><tr><td>Multimode Fiber</td><td>Thorlabs</td><td>BFL105LS02</td><td></td></tr><tr><td>Spectrometer</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>Polyvinyl alcohol polymer (PVA)</td><td>SIGMA-ALDRICH</td><td>363073</td><td></td></tr><tr><td>Control program</td><td>National Instruments</td><td>LabVIEW</td><td></td></tr></tbody></table>

bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte plasmon polaritons

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

We hebben een unieke methode voor het meten van de excitatie en het koppelen van tarieven tussen de lichte vervuilers en oppervlakte plasmon polaritons (SPPs) die voortvloeien uit metalen periodieke matrices zonder tussenkomst van time-resolved technieken ontwikkeld. Door de hoeveelheden die kunnen worden gemeten door eenvoudige optische metingen hebben wij de tarieven geformuleerd. De instrumentatie op basis van hoek - en polarisatie-resolved reflectiviteit en fotoluminescentie spectroscopie worden hier in detail beschreven. Onze benadering is intrigerend vanwege zijn eenvoud, die houdt van routine optica en mechanische etappes, en dus is zeer betaalbaar voor de meeste van de onderzoekslaboratoria.

Een voorbeeld van een periodieke Au-matrix wordt gegeven in de inzet van figuur 4a8. Het vliegtuig view SEM-beeld toont aan dat het monster een 2D vierkant rooster circulaire gat matrix met een periode van 510 nm, een gat diepte van 280 nm, en een gat diameter van 140 nm. De toewijzing van de p-gepolariseerde reflectiviteit genomen langs de Γ-X-richting wordt weergegeven in figuur 4a. De dash-lijn wordt be...

Dit protocol beschrijft de instrumentatie voor de bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en Bloch-achtige oppervlakte plasmon polaritons die voortvloeien uit periodieke matrices.

Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte Plasmon Polaritons

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

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen in fluorescentieverbetering, zoals oppervlakteplasmon-gemedieerde fluorescentie. Het grote voordeel van deze techniek is dat het de excitatie- en vervalprocessen van oppervlakteplasmon-gemedieerde fluorescentie volledig differentieert in frequentiedomein. Bereid een substraat voor voor de periodieke array.Gebruik voor dit experiment een stuk glas van een vierkante centimeter. Reinig het in ultrasone baden van methanol en aceton gedurende 10 minuten elk. Wanneer dit klaar is, plaats het gedurende een uur op een hotplate van 200 graden Celsius.Voor de spin coating stappen, verdun native fotoresist met een verdunner en houd een adhesieve oplossing klaar. Verplaats het glazen substraat naar een spin coater en verdeel drie tot vijf druppels adhesieve oplossing erop. Draai het substraat 10 seconden op 600 tpm, en vervolgens een minuut op 3.600 tpm.Plaats vervolgens vijf tot zeven druppels verdunde fotoresist op het substraat. Spincoat het substraat 10 seconden op 600 tpm en vervolgens een minuut op 3.600 tpm. Wanneer dit klaar is, verplaats het spin-gecoate monster naar een hotplate van 65 graden Celsius en laat het daar een minuut staan.Breng vervolgens het monster over naar een hotplate van 95 graden Celsius en laat het daar nog een minuut staan. Neem het monster van de hotplate om het op een Lloyd's interferometer te monteren. De opstelling heeft een prisma als monsterhouder, met een spiegel er loodrecht op.Gebruik een druppel brekingsindex matchende olie op het monster om het aan het prisma te bevestigen. Plaats het monster zo dicht mogelijk bij de spiegel. Blootstel het monster in deze initiële oriëntatie.Draai vervolgens het monster 90 graden op het prisma om een tweede tweedimensionale vierkante matrix te maken. Gebruik dezelfde belichtingstijd voor een tweede blootstelling. Breng het monster terug naar de hotplate van 65 graden Celsius voor twee minuten.Plaats het vervolgens gedurende twee minuten op de hotplate van 95 graden Celsius. Dompel het monster vervolgens twee minuten in ontwikkelaar met continue agitering. Haal het monster eruit en dompel het een minuut in isopropylalcohol om restanten te spoelen.Gebruik een RF sputtering-afzettingssysteem om een 100 nanometer goudlaagje op het monster aan te brengen. Zodra het monster klaar is, neem het en een styryl 8 kleurstofvoorbereiding mee naar een spin coater. Verdeel 0,2 milliliter, of drie tot vijf druppels, van de oplossing over het monster.Spincoat dit om een dikte van ongeveer 80 nanometer te produceren. Gebruik voor de reflectiviteitsmetingen een goniometer. Dit systeem maakt gebruik van breedbandig wit licht van een kwartslamp.Een multi-mode glasvezelbundel brengt het licht naar face-to-face objectieven voor collimatie. Een polarisator en sluiter zijn volgende in de baan. Het licht verlicht een monster op een monsterstandaard met drie onafhankelijke rotatiefasen.Een detectie-analyzer bevindt zich na de monsterstandaard. Een andere multi-mode glasvezel verzamelt de speculaire reflectie van het monster om het door te geven aan een spectrometer en CCD-camera. Na het uitlijnen en kalibreren van de opstelling, stel een geautomatiseerd systeem in om gegevens te verzamelen.Gebruik de automatisering om door verschillende invalshoekpunten te stappen en de reflectiespectra te verzamelen. Voor deze metingen is de stapgrootte van de invalshoek 0,5 graden. De golflengte resolutie is 0,66 nanometer.Om de orthogonale reflectiviteit te meten, wijzig de opstelling. Stel de invallende polarisator in op 45 graden ten opzichte van het incidente vlak. Stel de analyzer in op min 45 graden ten opzichte van het incidente vlak.Ga verder met een andere geautomatiseerde meting. Fotoluminescentiemetingen vereisen een andere wijziging in de opstelling. Vervang de breedbandlichtbron door een 633 nanometer heliumneonlaser.Plaats een laserlijnfilter voor de polarisator. Plaats ook een halfgolfplaat na de sluiter. Voltooi de opstelling door een notchfilter te vervangen door de analyzer voor de spectrometer.Voer geautomatiseerde invalshoekscans uit door de detectiehoek vast te stellen en de invalshoek ten opzichte van de monstersnorm te variëren. De oppervlakteplasmon polaritonen zijn afhankelijk van de invalshoek en worden selectief opgewonden. Voer vervolgens een detectiescan uit door de invalshoek ten opzichte van de monstersnorm vast te stellen en de detectiehoek te variëren.Dit is de P-gepolariseerde reflectiviteitsmapping die langs de gamma X richting van de gouden array in de inzet is genomen. De stippellijn wordt berekend met behulp van de faseaanpassingsvergelijking en impliceert dat de M gelijk is aan min één en N gelijk is aan nul oppervlakteplasma polaritonen worden opgewonden. Deze reflectiviteitsmap is van toen de polarisator en analyser op orthogonale posities stonden.De achtergrond is nu nul, zoals aangegeven door het blauw van de kleurenkaart. De reflectiviteitsprofielen hebben pieken in groen, in plaats van dalen, omdat alleen de oppervlakteplasma polaritonen overblijven na het verwijderen van de achtergrond. Dit is de P-gepolariseerde reflectiviteitsmapping en de orthogonale reflectiviteitsmapping langs de gamma X voor cadmium, seleen, telluride, kwantumstip gedopte PVA-polymeer, spin-gecoat op de array.Bovendien zijn hier gegevens voor de invalshoek en detectiehoek fotoluminescentiemetingen. De gegevens kunnen worden gebruikt om de excitatie- en koppelingssnelheden tussen lichtemitterende en residente holtes te bepalen. Hoewel deze methode inzicht kan geven in fluorescentieverbetering van periodieke arrays, kan deze ook worden toegepast op andere systemen, zoals metamaterialen en fotonische kristallen.Eenmaal onder de knie, kan deze techniek in drie uur worden uitgevoerd, als het goed wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de uitlijning van de array-opstelling en de polarisatie en hoeken van de reflectiviteitsspectrografie te controleren. Na de ontwikkeling heeft deze techniek de weg gebaand voor onderzoekers op het gebied van fotoluminescentie om oppervlakteplasma-verbeterde fluorescentie in het veld van harsverbetering te onderzoeken.</p

determination-excitation-coupling-rates-between-light-emitters

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

Plasmonische pincet en fotonische kristal nanostructuren worden getoond om nuttige verbeteringen te produceren in de efficiëntie en de oriëntatie controle van optisch trapping micro-en nano-deeltjes.

Gebruik van plasmonische en fotonisch kristal nanostructuren voor Enhanced micro-en nanodeeltjes Manipulatie

This video demonstrates localized surface plasmon resonance imaging to detect protein secretions from a single cell. Using a microfluidic setup and a peptide-bound plasmonic nanostructure chip, changes in reflected light intensity at the resonance angle reveal interactions with secreted proteins from a single cell.

Localized Surface Plasmon Resonance Imaging to Detect Protein Secretions from a Single Cell

We beschrijven methoden voor het ontwerp, de fabricage en karakterisering van plasmonische fotogeleidende emitters, die twee ordes van grootte hoger terahertz vermogen in vergelijking met conventionele fotogeleidende emitters bieden.

Ontwerp, fabricage en karakterisatie van Plasmonische Fotogeleidende Terahertz emitters

Zilveren nanodraden kunnen tegelijkertijd elektronen en optische informatie vervoeren in de vorm van oppervlakteplasmonen. Hier wordt een procedure beschreven om een dergelijke gedeelde circuit te realiseren en de beperkingen bij het propageren van beide informatiedragers worden geëvalueerd.

Plasmonische transport evalueren in stroomvoerende zilveren nanodraden

Verzadigbare en omgekeerde verzadigingsverstrooiing werden ontdekt in geïsoleerde plasmonische deeltjes en toegepast als een nieuwe niet-blekende contrastmethode in superresolutiemicroscopie. Hier worden de experimentele procedures voor het detecteren en extraheren van niet-lineaire verstrooiing in detail uitgelegd, evenals hoe de resolutie kan worden verbeterd met behulp van verzadigd excimitatiemicroscopie.

Meting van Verstrooiing lineariteiten van een Single Plasmonische Nanodeeltje

De synthese van uniforme goudnanodeeltjes bedekt met halfgeleiderschelpen van CdS of ZnS wordt uitgevoerd. De halfgeleidercoating wordt uitgevoerd door eerst een zilversulfidelaagje af te zetten en de zilverkationen uit te wisselen voor zink- of cadmiumkationen.

Synthese, karakterisering en functionalisering van de hybride AU / CdS en Au / ZnS Core / Shell Nanodeeltjes

Het doel van dit protocol is om een bewezen aanpak voor de bereiding van plasmonic nanodeeltjes monsters en voor het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie op hen met differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie detail.

Het uitvoeren van de spectroscopie op Plasmonic nanodeeltjes met transmissie-gebaseerde Nomarski-type differentiële interferentie contrast microscopie

De Photonic bandstructuur maakt het mogelijk om te begrijpen hoe beperkt elektromagnetische modi zich verspreiden in een fotonisch kristal. In fotonische kristallen die magnetische elementen bevatten, gaan dergelijke beperkte en resonerende optische modi gepaard met een verbeterde en gewijzigde Magneto-optische activiteit. We beschrijven een meetprocedure om de Magneto-optische bandstructuur uit te pakken door Fourier-ruimte microscopie.

Spectrale en hoek-opgeloste Magneto-optische karakterisatie van fotonische nanostructuren

Het huidige protocol beschrijft een handige benadering voor het integreren van optische vangmethoden en oppervlakte-verbeterde Raman-spectroscopie (SERS) om plasmonische nanodeeltjes te manipuleren voor gevoelige moleculaire detectie. Zonder aggregeringsmiddelen assembleert de vanglaser plasmonische nanodeeltjes om de SERS-signalen van doelanalyten te verbeteren voor in situ spectroscopische metingen.

Optische overvulling van plasmonische nanodeeltjes voor in situ oppervlakte-verbeterde Raman-spectroscopiekarakteriseringen

Dit artikel beschrijft hoe polarisatiegevoelige twee-fotonmicroscopie kan worden toegepast om de lokale organisatie binnen labelvrije amyloïde superstructuren-sferulieten te karakteriseren. Het beschrijft ook hoe het monster moet worden voorbereid en gemeten, de vereiste opstelling moet worden samengesteld en de gegevens moeten worden geanalyseerd om informatie te verkrijgen over de lokale organisatie van amyloïde fibrillen.

Polarisatiegevoelige twee-fotonmicroscopie voor een labelvrije structurele karakterisering van amyloïden

Leer een eenvoudige methode om excitatie- en koppelingsnelheden tussen lichtemitterende deeltjes en oppervlakte-plasmon-polaritons te meten met hoek- en polarisatie-afhankelijke reflectie- en fotoluminescentiespectroscopie.

Bepaling van de excitatie en koppeling tussen licht vervuilers en oppervlakte Plasmon Polaritons

Meer video's verkennen