Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

Plasmonica di superficie mediata fluorescenza (SPMF) ha ricevuto un’attenzione considerevole recentemente^1,2,3,4,5,6. Quando emettitori di luce sono collocati in prossimità di un sistema plasmonico, energia possa essere trasferito tra gli emettitori e plasmonica di superficie polaritoni (SPPs). In generale, i forti campi plasmonici fortemente possono migliorare l’eccitazione di emettitori². Allo stesso tempo, il tasso di emissione è aumentato anche a causa del grandi densità degli stati creati da SPPs, producendo il ben noto effetto di Purcell³. Questi due processi lavorano mano nella mano nella produzione del SPMF. Come SPMF ha stimolato numerose applicazioni di illuminazione a stato solido,^1,4,⁵e bio-rilevamento⁶, l’accumulo di energia è attualmente sotto indagine intensiva. In particolare, la conoscenza della velocità di trasferimento di energia da SPPs gli emettitori e viceversa, cioè, l’eccitazione e accoppiamento tariffe, è di grande importanza. Tuttavia, i processi di eccitazione e di emissione sono solitamente impigliati insieme, studio su questo aspetto è ancora carente. Ad esempio, la maggior parte degli studi solo determinare il rapporto di efficienza di eccitazione, che confronta semplicemente l’emissione con e senza SPPs⁷. L’esatta misurazione del tasso di eccitazione è ancora manca. D’altra parte, convenzionale risolta nel tempo tecniche quali la spettroscopia di fluorescenza durata sono abitualmente utilizzati per studiare la dinamica del processo di emissione, ma non sono in grado di separare il tasso di accoppiamento dal tasso di decadimento totale⁸. Qui, descriviamo come uno può determinare loro combinando il modello di equazione di tasso e la modalità di accoppiamento temporale teoria^9,10. Notevolmente, troviamo che l’eccitazione e tariffe di accoppiamento può essere espresso in termini di quantità misurabili, che sono accessibili mediante l’esecuzione di riflettività risolta di angolo e di polarizzazione e spettroscopia di fotoluminescenza. Noi innanzitutto delineare la formulazione e quindi descrivere la strumentazione in dettaglio. Questo approccio è interamente basato su dominio di frequenza e non richiede alcuna accessori risolta nel tempo come laser ultra-veloce e correlati nel tempo del singolo-fotone contatori, che sono costosi e talvolta difficili da implementare^{8, 11}. possiamo anticipare questa tecnica per essere una tecnologia abilitante per determinare l’eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e cavità risonanti di accoppiamento.

Il SPMF in sistemi periodici è informato qui. Per un sistema periodico plasmonico dove SPPs Bloch-come può essere generato, diverso da quello diretto eccitazione e di emissione, che sono caratterizzate dall’eccitazione efficienza η ed emissione spontanea tasso Γ_r, gli emettitori possono essere eccitati SPPs in ingresso e decadimento via SPPs in uscita. In altre parole, sotto eccitazione di risonanza, in arrivo SPPs vengono generati per creare forti campi plasmonici che eccitano gli emettitori. Una volta che gli emettitori sono eccitati, energia da loro possa essere trasferita in uscita SPPs, che successivamente viene dissipa per campo lontano, dando luogo a una maggiore emissione. Essi definiscono SPMF. Per emettitori semplici a due livelli, l’eccitazione si riferisce alla transizione aumentata degli elettroni dal suolo per stati eccitati mentre l’emissione definisce il decadimento degli elettroni negli Stati Uniti di terra, accompagnati da emissione di fotoni a lunghezze d’onda definite tramite la differenza di energia tra gli stati eccitati e di terra. Le condizioni di eccitazione e di emissione per il SPMF sono tenute a compiere la fase ben nota corrispondente equazione per eccitare l’incoming e outgoing SPPs⁹

(1)

dove ε_un e ε_m sono le costanti dielettriche dei dielettrici e il metallo, θ e φ sono gli angoli azimutali e incidenti, P è il periodo della matrice, λ è la lunghezza d’onda di eccitazione o emissione e m e n sono valori integer che specifica l’ordine di SFF. Per l’eccitazione, il wavevector nel piano del raggio laser sarà Bragg sparsi per partita di slancio con la SPPs in ingresso e il θ e φ insieme definire la configurazione specificata incidente per emozionanti SPPs per aumentare l’assorbimento elettronico presso la eccitazione lunghezza d’onda λ_ex. Allo stesso modo, per l’emissione, il SPPs in uscita sarà inverso Bragg sparsi per abbinare la linea di luce e gli angoli rappresentano ora i canali di emissione possibile presso il λ lunghezza d’onda di emissione_em. Tuttavia, è notato che come gli emettitori possono accoppiarsi loro energia per SPPs moltiplicazione vettoriale con che ha la stessa grandezza ma direzioni diverse, il SPPs può decadere tramite varie combinazione di (m, n) di campo lontano seguenti EQ. (1).

Utilizzando il modello di equazione di tasso e la teoria dei modi accoppiati temporale (CMT), troviamo che l’eccitazione tasso Γ_ex, cioè, la velocità di trasferimento di energia dalla SPPs ad emettitori, può essere espresso come^9,12,13

(2)

dove η è il tasso di eccitazione diretta sopraccennato in assenza del SPPs in arrivo, Γ_tot è il tasso di decadimento totale del SPPs in arrivo in cui Γ_abs e Γ_rad sono l’assorbimento ohmico e tassi di decadimento radiativo di SPPs, e  è il rapporto di potenza di fotoluminescenza con e senza il SPPs in arrivo. D’altra parte, l’accoppiamento tasso Γ_c, vale a dire, la velocità di trasferimento di energia da emettitori di SPPs, può essere scritta come:

(3)

dove Γ_r è il tasso di emissione diretta, è il rapporto di potenza di fotoluminescenza tra il α^th SPP mediato decadimento e porte diretto e Γ_rad^α e Γ_tot sono i tassi di decadimento radiativo per la porta di^th α e i tassi di decadimento totale. Vedremo che, mentre tutti i tassi di decadimento SPP possono essere misurati dalla spettroscopia di riflettanza, il rapporto di potenza di emissione può essere determinato dalla spettroscopia di fotoluminescenza. Dettagli delle formulazioni possono essere trovati in riferimento^9,10.