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

Oppervlakte plasmon gemedieerde fluorescentie (SPMF) heeft aanzienlijke aandacht gekregen onlangs^1,2,3,4,5,6. 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 lighting^1,4, 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 SPPs^{7 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 theorie^9,10te 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 van^{8, 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 Γ_r, 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

(1)

waar ε_een en ε_m 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 λ_ex. 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 λ_em. Echter is opgemerkt dat als de stralers hun energie aan vectoriële teeltmateriaal SPPs met koppelen kunnen die dezelfde grootte heeft 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 Γ_ex, dat wil zeggen, de energie transfer rate van SPPs aan vervuilers, kan worden uitgedrukt als^9,12,13

(2)

waar η het tarief van de eerder genoemde rechtstreekse excitatie in de afwezigheid van de inkomende SPPs, Γ_tot is het percentage van de totale verval van de inkomende SPPs waarin Γ_abs en Γ_rad de Ohmse absorptie en de radiatieve verval tarieven van SPPs zijn, en  is de fotoluminescentie vermogen verhouding met en zonder de inkomende SPPs. Aan de andere kant, kan de koppeling tarief Γ_c, dat wil zeggen, de energie transfer rate van vervuilers te SPPs, geschreven worden als:

(3)

waar Γ_r het percentage van de directe uitstoot is, is de fotoluminescentie machtsverhouding tussen de α^th SPP gemedieerde verval en directe poorten en Γ_rad^α en Γ_tot de radiatieve verval-tarieven voor de α^th 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 verwijzing^9,10.