Определение возбуждения и сцепления между излучателей света и поверхностного плазмон поляритонов

Поверхностного плазмон опосредованной флуоресцирования (SPMF) получила значительное внимание недавно^1,2,3,4,5,6. Когда излучателей света находятся в непосредственной близости от плазмонных системы, энергия может передаваться между эмитентами и поверхностного плазмон поляритонов (SPP). В целом сильные плазмонных поля может сильно повысить возбуждения излучателей². В то же время уровень выбросов также увеличивается из-за большой плотность из государств созданные ППУ, уступая известных Purcell эффект³. Эти два процесса работать рука в руку в производстве SPMF. Как SPMF стимулировало многочисленные приложения в Твердотельные освещения^1,4,⁵и⁶Био Детектирование энергии это в настоящее время ведется интенсивное расследование. В частности знания скорость передачи энергии от ППУ излучателей и наоборот, то есть, возбуждение и муфты цены, имеет большое значение. Однако процессы возбуждения и выбросов обычно запутались вместе, исследования на этот аспект по-прежнему отсутствует. Например большинство исследований только определить коэффициент эффективности возбуждения, который просто сравнивает выбросов с и без ППУ⁷. Точное измерение скорости возбуждения до сих пор отсутствует. С другой стороны обычные время решены такие методы, как отдела Флуоресценция жизни обычно используются для изучения динамики процесса выбросов, но они не могут отделить уровень сцепления от общего распада курс⁸. Здесь мы опишем, как можно определить их путем объединения модель уравнение ставки и временной режим спаренных теория^9,10. Замечательно мы находим, что возбуждение и муфты ставки могут быть выражены через измеримые количества, которые можно получить, выполнив фотолюминесценция спектроскопии и отражательной способности урегулировать угол и поляризации. Мы будем сначала изложить формулировки и затем описать инструментирования в деталях. Такой подход является полностью на основе частотной области и не требует каких-либо время решена аксессуары, такие как коррелированных по времени Однофотонная счетчики, которые являются дорогостоящими и иногда трудно осуществить^8, и ультра-быстрой лазеры ¹¹. Мы ожидаем этот техника быть благоприятной технологии для определения возбуждения и сцепления между излучателей света и резонансной полости.

SPMF в периодических систем проинформировал здесь. Для периодического плазмонных системы, где могут создаваться блох как ППУ, помимо прямого возбуждения и выбросов, которые характеризуются возбуждения эффективности η и спонтанного курс Γ_r, излучатели может быть взволнован входящие ППУ и упадок через исходящие ППУ. Другими словами под резонанс возбуждения, входящие ППУ создаются для создания сильных плазмонных полей, которые активизировать излучателей. После того, как рады, излучатели, энергии из них могут быть переданы исходящих ППУ, которые впоследствии радиационно рассеиваться в дальнем поле, что привело к активизации выбросов. Они определяют SPMF. Для простых двух уровневого излучателей возбуждения относится к увеличение переход электронов из земли возбужденных государствам тогда как выбросов определяет распада электронов обратно к земле государства, сопровождающийся испусканием фотонов на длинах волн определенных в разница в энергии между государствами возбужденных и грунта. Возбуждения и выбросов условия для SPMF необходимы для выполнения этапа известным соответствия уравнение для возбуждения входящие и исходящие ППУ⁹

(1)

где ε и ε_m диэлектрической константы металлов и диэлектриков, θ и φ — инцидента и азимутальные углы, P-период массива, λ является длина волны возбуждения или выбросов, и m и n являются целыми числами, указание порядка ППУ. Для возбуждения, в плоскости wavevector лазерного луча будет Брэгг разбросаны импульс матч с входящего ППУ и θ и φ вместе определяют указанный инцидент конфигурации для захватывающих ППУ для расширения электронных поглощения на возбуждения волны λ_ex. Аналогичным образом для выбросов, исходящие SPP будет наоборот Брэгг, разбросанных в соответствии с линией света и углы теперь представляют собой каналы возможных выбросов на выбросов волны λ_Эм. Однако, следует отметить, что как излучателей можно пару их энергию для векториального размножаемый ППУ с , имеет ту же величину но разных направлениях, ППУ может распадаться через различные комбинации (m, n) для дальнего поля следующее уравнение (1).

Используя уравнение модели курса и временной режим спаренных теория (CMT), находим что возбуждения курс Γ_ex, т.е. скорость передачи энергии от ППУ для излучателей, могут быть выражены как^9,12,13

(2)

где η — коэффициент выше прямого возбуждения при отсутствии входящих ППУ, Γ_малыш это общий распад скорость входящего ППУ в котором Γ_abs и Γ_rad являются омического поглощения и радиационные распад темпы ППУ, и  является коэффициент мощности фотолюминесценция с и без входящего ППУ. С другой стороны муфта скорость Γ_c, то есть скорость передачи энергии от излучателей в ППУ, может быть записана как:

(3)

где Γ_r – ставка прямых выбросов, это соотношение мощности фотолюминесценция между α^й SPP опосредованной распада и прямые порты, и Γ_rad^α и Γ_малыш радиационное воздействие распада ставки для порта^й α и уровень общего распада. Мы увидим, что, хотя все тарифы SPP распада могут быть измерены отражательной спектроскопии, коэффициент мощности выбросов может определяться фотолюминесценция спектроскопии. Подробная информация о формулировки можно найти в справочных^9,10.