Name: determination of the excitation and coupling rates between light emitters and surface plasmon polaritons
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 39 s
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이 연구는 직접 보조금 4053077 및 4441179, RGC 경쟁 배정 연구 보조금, 402812 및 14304314를 통해 홍콩의 중국 대학에 의해 지원 되었다 그리고 지역의 우수성 AoE/P-02/12.

1입니다. 간섭 리소 그래피의 설치
참고: 간섭 리소 그래피 주기적 배열을12를 조작 하는 데 사용 됩니다. 도식 설치 그림 1에서 같이 구축 다음과 같습니다.
<ol><li>13 X UV 렌즈 및 50 μ m의 작은 구멍을 통해 그것은 청소 하는 모드에 대 한 공간 필터를 기반으로 패스 HeCd 다중 모드 레이저에서 325 nm 레이저 초점.</li>
	<li>추가 필터링 분기 빛의 중앙 지역 두 2.5 cm 직경 홍 30 cm 떨어져 장소. 두 번째 아이리스 후 빔 직경 2.5 c m 이며 두 번째 아이리스에서 1 m 거리에서 < 3 cm은 거리와 매우 느리게 증가입니다. 빛 조명을 거의 것으로 간주 됩니다. 참고: 두 번째 아이리스에서 출력 균일 육안으로 확인 해야 합니다.</li>
	<li>Lloyd의 거울 간섭계에 조명을된 빔 조종. 로이드의 설치는 프리즘 기반 샘플 홀더 및 5.04 cm 미러 위치 수직 그것에 포함 되어 있습니다. 직접 및 반사 조명과 함께 샘플 표면 패터 닝에 대 한 안정적인 서 파를 만듭니다. 프리즘 반사 방지 장치 역할을 합니다. 주: 서 파의 기간 P로 작성할 수 있습니다: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq9.jpg"> </img>, 여기서 λ = 325 nm와 α는 샘플 정상에 관하여 사건 각도 그림 1에서 같이. 입사 각도 로이드의 설치를 회전 하 여 조정 될 수 있습니다.</li>
</ol>2. 정기적인 배열 준비
참고: 샘플은 제조 업체에 의해 제안 된 표준 절차에 따라 준비. 모든 절차는 실 온에서 수행 됩니다.
<ol><li>1 cm2 유리 기판을 사용 하 여. 메탄올과 아세톤 초음파 목욕에서 각 10 분와 유리를 청소 하 고 먼지를 제거 하는 1 h 200 ° C에서 뜨거운 접시에 미리 구워.</li>
	<li>스핀-코트 5 nm 두꺼운 접착 층으로 유리 기판 및는 100 nm 두꺼운 부정적인 수 8 감광 제 2 단 회전 coater를.<ol>
<li>100에 가까운 두께 제어할 수 있도록 1:5 (v/v)의 비율에서 감마 Butyrolactone와 수-8 포토 레지스트를 희석 스핀 코팅 후 nm.</li>
		<li>3-5 방울 (0.2 mL) 유리 기판에 600 rpm 10 s와 1 분, 3600 rpm에서 스핀 접착 솔루션을 연속적으로 분배.</li>
		<li>같은 속도로 단계 2.2.1에서에서 2.2.2 5-7 (0.3 mL) 방울과 희석된 수-8의 단계를 반복 합니다. 참고: 접착 레이어는 포토 레지스트를 개발 하는 동안 벗기다 것 이다 있도록는 감광 유리 기판 사이의 접착을 향상 시킵니다. 수-8 층의 두께 농도 스핀 coater의 속도 의해 제어 됩니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>1 분에 65 ° C와 95 ° C 플레이트에 샘플 prebake 오븐 여기 권장 하지 않습니다.</li>
	<li>간섭계에 프리즘을 샘플을 전송. 굴절율 매칭 오일 한 방울을 추가 (n = 1.45) 프리즘에 샘플을 첨부. 배치 가능한 거울에 가까운. 참고: 샘플 기름의 표면 장력으로 인해 프리즘 표면에 부착 되어. 기름의 굴절률 프리즘 및 유리 기판 방해에서 다시 반사 제거로 동일 하 게 선택 됩니다.</li>
	<li>2 차원 사각형 격자에 대 한 노출 노출 동시 직교 방향;와 두 번 샘플 즉, 샘플 하 고으로 두 번째 노출에 대 한 90도 회전. 감광 제 325 nm 빛에 노출 되 면 그것은 crosslinks 고 수-8 개발자에 의해 녹을 수 없습니다. 참고: 배열의 직경 D는 노출 시간을 조정 하 여 제어할 수 있습니다.</li>
	<li>열심히 구워 65 ° C와 영화 크래킹을 방지 하기 위해 2 분 동안 95 ° C에서 샘플.</li>
	<li>전체 샘플 분해 노출 되지 않은 지역에 지속적인 동요와 함께 2 분 동안 개발자에 젖어.</li>
	<li>샘플 1 분 오차를 헹 구 고 다음 압축 공기 건조 이소프로필 알코올에 담가. Nanohole 배열 다음 생산 됩니다.</li>
</ol>3. 금 필름 증 착 및 빛이 미터 코팅
<ol><li>스퍼터 링 증 착 시스템 Au 필름 증 착을 위한 더블 양면 테이프와 라디오 주파수 마의 샘플 홀더를 샘플을 연결 합니다.</li>
	<li>2 x 10-6 Torr 기본 압력 터보 분자 펌프를 사용 하 여 챔버를 펌프 하 고 다시 6 x 10-3 Torr 초고 순도 Ar 가스와 그것을 채우기.</li>
	<li>5 cm 직경 99.9 %Au 대상을 사용 하 고 샘플와 대상 사이의 셔터를 배치. 증 착 률을 줄이기 위해 낮은 전력 (50 W)를 사용 하 여 표면 거칠기에 뿐만 아니라. 셔터 폐쇄, 먼지를 제거 하는 10 분 동안 대상의 스퍼터 사전.</li>
	<li>20 분 동안 실 온에서 증 착 처리에 셔터를 엽니다. 필름 두께 100 nm plasmonic 시스템 광학 두께 없습니다 전송 되도록 정기적으로 입금 됩니다.</li>
	<li>샘플 준비가 되 면, 스핀 코트 발광 재료 유기 염료 등 양자 점 유의 얇은 층을 형성 하는 금속 표면에.<ol>
<li>Styryl 8 염료 참조9사용에 대 한 폴 리 비닐 알코올 폴리머 (PVA) 메탄올의 5 ml에서의 styryl 8, 500 µ g의 20 µ g을 분해.</li>
		<li>샘플 염료 솔루션의 3-5 방울 (0.2 mL)를 분배 하십시오 그리고 연속적으로 600 rpm 10 s와 1 분에 3600 rpm에 회전. 두께 80을 것으로 추정 된다 nm. 참고: 물 가용성 또는 불용 성 고분자 발광 재료의 종류에 따라 고정 자료로 사용할 수 있습니다. 그러나, 폴리머 photoluminescence 측정을 방해 하지 것 이다 그래야 비 브 이어야 한다. 폴리머 폴 리 비닐 알코올 (PVA) rhodamine 6g 등 수용 성 염료 및 styryl 8 해산에 대 한 것이 좋습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>4. 반사율 측정 SPP 감소율을 결정 하기 위한
참고: 반사 분광학 편광 각도 해결 설치 그림 2에 표시 됩니다. 샘플 방위 각도 (3 단계) 뿐만 아니라 샘플 방향 (1 단계)와 탐지 각도 (단계 2) 독립적으로 변경에 대 한 3 개의 회전 단계와 각도 그것에 의하여 이루어져 있다.
<ol><li>광원으로 석 영 램프에서 광대역 하얀 빛을 사용 합니다. 다중 모드 광섬유 번들에 부부 먼저 고 일 직선상 얼굴 렌즈 (5 X 및 X 60)의 쌍에 의해 그것을 당기기. 샘플 방향을 변경 하 여 다른 사건 각 샘플에 광선을 밝히는. 분극 의존 측정용 샘플 전후 사건 편광판 및 검출 분석기의 쌍을 배치 합니다. 참고: 얼굴에 목표는 렌즈 시스템을 collimates 다중 모드 광섬유에서 백색 광원을 확장 역할을 합니다.</li>
	<li>다중 모드 광섬유를 사용 하 여 반사 반사는 분석기와 분광학을 위한 CCD 감지기에 연결 되어 있는 샘플에서 수집.</li>
	<li>신중 하 게 되도록 샘플 오리엔테이션 단계와 탐지 회전 단계 동심, 설치 프로그램을 정렬 , 즉., 그들의 회전 축이 일직선 상에.</li>
	<li>플랫 누구나 영화와 함께 설치를 보정. 다른 입사 각도에서 반사 스펙트럼을 측정 하 고 알려진된 누구나 유 전체 기능을 사용 하 여 프레넬 방정식에 의해 계산 된 이론적인 반사 스펙트럼과 그들을 비교. 두 데이터 집합의 오류 5% 미만으로 일관 되어야 합니다.</li>
	<li>설치 준비가 되 면는 선형 편광, p 또는 s, 다른 사건 각 샘플의 반사 스펙트럼을 측정 합니다. 입사 각도의 단계 크기는 0.5 ° 고 파장 분해능은 0.66 nm. 여러 사건 각도에서 스펙트럼을 수집, 제어 프로그램은 자동화 기계 동작, 셔터 제어, 데이터 수집, 배경 빼기, 등등을 포함 하 여 작성 된. 참고:이 단계는 계산 수행 됩니다. 프로그램은 요청 시 이용 가능. 필요한 경우 소스 코드에 대 한 해당 작성자에 게 이메일을 보내주시기 바랍니다.</li>
	<li>컨투어 플롯 모드 식별 및 감퇴 속도 확인을 위해 plasmonic 시스템의 분산 관계를 파장 및 사건 각 대 반사. 참고: 샘플 방위 각도 브 릴 루 앵 영역에서 위치를 찾는 것입니다. 예를 들어 정사각형 격자 샘플을 회전 샘플 azimuthally의 기간 중 사고 비행기와 평행 하다 고 Γ-X 방향으로 정의 합니다. 45 ° Γ M 방향을 정의 하는 샘플을 회전 합니다.</li>
	<li>편광 사건에서 설정 된 경우 사고 비행기 및 분석기 45 °-45 °, 직교, 또는 교차 편광, 반사 매핑 측정.</li>
	<li>P-편광과 직교 반사 스펙트럼을 추출 하 고 CMT9,,1213를 사용 하 여 그들을 맞는 SPPs의 감소율을 결정 하는 토론에 설명 된 대로.</li>
</ol>5. Photoluminescence 방출 전력 비를 결정 하기 위한 측정
참고: 각도 및 양극 화 해결 photoluminescence 설치는 그림 3에 표시 됩니다.
<ol><li>514 nm의 아르곤 이온 또는 633 nm HeNe 레이저와 광대역 광원을 교체 합니다. 레이저 라인 필터를 사용 하 여 전체 폭 절반 최대 (FWHM) 5 미만 nm 레이저를 괴기 하 게 청소 하 고 레이저 광선의 편광 상태를 제어 하는 반 파 접시를 놓습니다. 각도 탐지 단위 변경 되지 않습니다. 장소는 노치 필터 탐지 단위 오일안에 묻은 레이저 라인을 제거 하기 전에. 참고: 레이저의 파장 발광 재료의 종류에 따라 달라 집니다. 더 높은 광 양자 에너지 짧은 방출 파장을 가진 소재를 흥분 시키기 위해 필요 합니다.</li>
	<li>식 (2) & (3)에 대 한 방출 전력 비율을 측정 하기 위해 두 가지 유형의 측정 실시: 탐지 및 사건 검색. 사건 및 탐지 검사 사이 상호 작용 결정에서 원조 <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>, 및 <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq13.jpg"> </img>.</li>
	<li>사건 검색, 입사 각도 지속적으로 다르지만 일반 샘플에 대해 탐지 각도 수정 합니다. 참고:이 단계는 계산 수행 됩니다. 이 구성에는 선택적으로 선택한 탐지 각도에서 방출의 변화를 모니터링 하는 동안 종속 사건 각도 들어오는 SPPs 흥분. 즉, 방출 입사 각도 방정식을 식 (1)에 일치 하는 단계를 충족 하는 때 증가 한다.<ol>
<li>컨투어 플롯 photoluminescence 스펙트럼 파장 및 사건 검색 매핑 입사 각도 대 한. 다른 탐지 각도 대 한 매핑을 측정 하지만 상대 농도 같은 찾을 수 있습니다. 따라서, 사건 검색 방출 또는 단순히 여기 향상, 측정할 수 있는에 들어오는 SPPs의 효과 조사 <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq10.jpg"> 및 <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq11.jpg"> </img>.</li>
	</ol>
</li>
	<li>검색 검색에 대 한 일반 샘플에 대해 입사 각도 수정 하지만 탐지 각도 다. 참고:이 단계는 계산 수행 됩니다.<ol>
<li>마찬가지로, 컨투어 플롯 photoluminescence 스펙트럼 파장 및 탐지 각도 수익률 감지 스캔 매핑. SPP 방출 SPPs의 방사선 감쇠에서 발생, 방출 강하게 의존 탐지 각도입니다. 따라서, 지속적인 여기에서 방출 증가 탐지 각 식 (1)을 충족 하는 경우. 이 방출 향상 프로브 구성과 결정 수 있습니다 <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq12.jpg"> 다른 α일 주문으로 그것은 잘 정의 된 탐지 각도 의존.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Okamoto, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-plasmon-enhanced+light+emitters+based+on+InGaN+quantum+wells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leveraging+Nanocavity+Harmonics+for+Control+of+Optical+Processes+in+2D+Semiconductors.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+of+InGaN+quantum-well+photoluminescence+to+silver+surface+plasmons.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antenna+electrodes+for+controlling+electroluminescence.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonics+for+improved+photovoltaic+devices.">Plasmonics for improved photovoltaic devices.</a> Nature Materials. 9 (3), 205-213 (2010).</li><li>Anker, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biosensing+with+plasmonic+nanosensors.">Biosensing with plasmonic nanosensors.</a> Nature Materials. 7 (6), 442-453 (2008).</li><li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excitation+enhancement+of+CdSe+quantum+dots+by+single+metal+nanoparticles.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+Spatial+Fluctuations+of+the+Local+Density+of+States+in+Random+Photonic+Media.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+coupling+rate+of+light+emitter+to+surface+plasmon+polaritons+supported+on+nanohole+array.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+the+excitation+rate+of+quantum+dots+mediated+by+momentum-resolved+Bloch-like+surface+plasmon+polaritons.">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="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strongly+nonexponential+time-resolved+fluorescence+of+quantum-dot+ensembles+in+three-dimensional+photonic+crystals.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+absorption+and+radiative+decay+rates+of+surface+plasmon+polaritons+from+nanohole+array.">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://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Waves and Fields in Optoelectronics. , (1984).</li></ol>

저자 들은 아무 경쟁 금융 관심사 선언 합니다.

이 프로토콜에서 몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 첫째, 기계적 안정성은 시료 준비에 중요 합니다. 서 파 로이드의 설치 프로그램에 의해 생성 된 두 개의 조명 광선의 위상 차이에 민감한입니다. 따라서, 노출 시간 동안 어떤 진동 균일성과는 nanohole의 가장자리 선명도 저하 됩니다. 그것은 높은 진동 없는 환경, 예를 들면, 진동 격리 지원으로 광학 테이블에서 작동 하도록 것이 좋습니다...

표면 플라스몬 중재 형광 (SPMF)는 상당한 관심을 받고 있다 최근1,2,,34,,56. 빛이 미터 plasmonic 시스템에 근접에서 배치는, 미터 및 표면 플라스몬 polaritons (SPPs) 사이 에너지를 전송할 수 있습니다. 일반적으로, 강한 plasmonic 필드 강하게 미터2의 흥분을 높일 수 있다. 동시에 방출 속도 또한 큰 밀도-의-미국 SPPs, 잘 알려진 퍼셀 효과3항복에 의해 만들어진 때문에 증가 했다. 이 두 프로세스는 SPMF 생산에 손에 손을 작동 합니다. SPMF 솔리드 스테이트 조명1,4,5및 바이오-탐지6, 수확 에너지에에서 다양 한 응용 프로그램을 자극 했다 집중 조사 중 현재 이다. 특히, 에너지 전송 속도 SPPs는 미터와 반대로, 즉, 에서 지식을 자극 및 요금, 커플링 이다 매우 중요. 그러나, 여기 및 방출 프로세스는 일반적으로 함께 얽혀 버린,이 부분에 대 한 연구는 아직 부족 한. 예를 들어 연구의 대부분만 방출 SPPs7하지 않고 단순히 비교 하는 구동 효율 비율을 결정 합니다. 여기 속도의 정확한 측정은 아직 없습니다. 다른 한편으로, 기존의 시간-해결 형광 일생 분광학 등 기법은 방출 과정의 역학을 공부 하 고 정기적으로 사용 되지만 그들은 총 감퇴 율8에서 연결 속도 분리 수 있습니다. 여기, 우리가 어떻게 하나 속도 방정식 모델 및 일시적인 결합된 모드 이론9,10결합 하 여 그들을 확인할 수 있습니다 설명 합니다. 놀랍게도, 우리는 여기와 요금 커플링 나타낼 수 있다 측정 수량, 각도 및 양극 화 해결 반사도 및 photoluminescence 분광학을 수행 하 여 액세스할 수 있는 발견. 우리가 먼저 윤곽을 수립 하 고 설명 자세히 계측. 이 방식은 전적으로 주파수 도메인 기반 및 초고속 레이저 등 시간 상관 단일 광자 카운터, 비싼 어렵고 때로는8, 를 구현 하는 모든 시간 해결 액세서리 필요 하지 않습니다. 11. 우리는 여기를 확인 하 고 결합 빛 방출 및 공명 충 치 사이 요금 사용 기술에이 기술을 예상.
정기적인 시스템에 SPMF 여기 브리핑입니다. 미터 들어오는 SPPs에 의해 흥분 수 어디 블로흐 같은 SPPs 생성 될 수 있습니다, 여기 효율 η 자발적인 방출 속도 Γr에 의해 특징, 직접 여기 및 방출, 주기적으로 plasmonic 시스템에 대 한 고 나가는 SPPs 통해 붕괴. 즉, 공명 여기에서 들어오는 SPPs는 미터를 재충전 하는 강한 plasmonic 필드를 만드는 생성 됩니다. 방출 흥분 되 면, 나가는 SPPs, 이후에 radiatively 멀리 필드에 사라지고, 어떤 향상 된 방출에 기한에 그들 로부터 에너지를 전송할 수 있습니다. 그들은 SPMF를 정의합니다. 간단한 2 레벨 미터, 여기를 참조 전자의 증가 전환 흥분된 상태를 지상에서 방출 광자 방출 파장 정의에서 함께 그라운드 상태에 다시 전자의 부패를 정의 하는 반면 으로 흥분 하 고 접지 상태 사이의 에너지 차이입니다. 여기 및 방출은 SPMF에 대 한 조건이 일치 하는 수신 및 발신 SPPs9 자극 방정식 유명한 단계를 수행 하는 데 필요한
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
어디 ε는는 εm 하는 유 전체와 금속 유 전체 상수, θ, φ는 사건 및 방위 각, P 배열의 기간, λ는 여기 또는 방출 파장 이며 m과 n의 순서를 지정 하는 정수 SPPs입니다. 여기, 레이저 광선의 평면에 wavevector 브래그 들어오는 SPPs 기세 일치 하 고 θ 그리고 φ 함께 정의에 전자 흡수를 향상 시키기 위해 SPPs 흥분에 대 한 지정 된 사건 구성 될 것입니다는 여기 파장 λ전. 마찬가지로, 방출, 나가는 SPPs 됩니다 반대로 브래그 빛 라인과 일치 하 고 각도 지금 방출 파장 λ그들에 가능한 방출 채널을 나타냅니다. 그러나 그것을 지적 하는, 그는 미터와 vectorial 전파 SPPs를 그들의 에너지를 몇 수 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> 같은 크기는 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> 하지만 서로 다른 방향으로 SPPs 멀리 필드 다음 식 (1) (m, n)의 다양 한 조합을 통해 부패 수 있습니다.
비율 방정식 모델 및 일시적인 결합된 모드 이론 (CMT)를 사용 하 여 우리는 여기 속도 Γ전, 즉, 방출 에너지 전송 속도 SPPs에서 찾을,9,,1213 으로 표현 될 수 있다
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
여기서 η는 들어오는 SPPs의 부재는 상기 직접 구동 속도, Γ덧셈 은 들어오는 SPPs의 총 감퇴 율 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> Γabs 와 Γ방사선 저항 흡수 및 SPPs의 복사 감소율은 고 <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> 와 들어오는 SPPs 없이 photoluminescence 전력 비는. 다른 한편으로, 커플링 속도 Γc, 즉, SPPs, 미터에서 에너지 전송 속도으로 작성할 수 있습니다.
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
Γr 은 직접 방출 속도 <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> 는 photoluminescence 전력 비는 α 사이일 SPP 중재 부패와 직접 포트, 그리고 Γ방사선α 와 Γ덧셈 α일 포트에 대 한 복사 감소율 그리고 총 감퇴 율입니다. 우리는 모든 SPP 감소율 반사 분광학에 의해 측정 될 수 있다, 하는 동안 방출 전력 비율은 photoluminescence 분광학에 의해 결정 수 있습니다 나타납니다. 세부 정보는 공식의 참조9,10에서 찾을 수 있습니다.

<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;amp; M-60X</td><td></td></tr><tr><td>Polarizer &amp;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>

determination of the excitation and coupling rates between light emitters and surface plasmon polaritons

여기 고 커플링 시간 해결 기술을 사용 하지 않고도 금속 정기적인 배열에서 발생 하는 빛 방출 및 표면 플라스몬 polaritons (SPPs) 사이 속도 측정 하는 독특한 방법을 개발 했습니다. 우리가 간단한 광학 측정에 의해 측정 될 수 있는 수량에 의해 요금을 공식화 했습니다. 계측 각도 및 양극 화 해결 반사도 및 photoluminescence 분광학에 따라 여기에서 설명 합니다. 우리의 접근은 그것의 단순 일상적인 광학 및 몇몇 기계적인 단계 이며 따라서 대부분 연구 실험실의 매우 저렴 한 흥미로운.

Au 주기적 배열의 예로 그림 4a8인세트에서 주어진 다. 평면 뷰 SEM 이미지 샘플은 510의 기간으로 2 차원 사각 격자 원형 구멍 배열 표시 nm, 280의 구멍 깊이 nm, 그리고 140의 구멍 직경 nm. Γ X 방향을 따라 촬영 p-편광 반사 매핑 그림 4a에 표시 됩니다. 대시 선 방정식 eq. (1) 나타내는 일치 하는 단계에 의해 계산 됩?...

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

이 프로토콜에는 여기를 확인 하 고 결합 빛 방출 및 정기적인 배열에서 발생 블로흐와 같은 표면 플라스몬 polaritons 사이 요금 계측을 설명 합니다.

여기 및 빛 방출 및 표면 플라스몬 Polaritons 사이 요금 커플링

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

6.7K 조회수.  Sun Yat-sen University. 이 프로토콜에는 여기를 확인 하 고 결합 빛 방출 및 정기적인 배열에서 발생 블로흐와 같은 표면 플라스몬 polaritons 사이 요금 계측을 설명 합니다.

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Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Plasmonic의 광전 테라 헤르츠 터의 설계, 제작 및 실험 특성

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

연구

공학

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

합성, 특성 및 하이브리드 금 / CD 및 금 /은 ZnS 코어 / 쉘 나노 입자의 작용 화

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

화학

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

단일 플라즈몬 나노 입자에서 비선형 산란 측정

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

실리콘 링 공진기 광자 소스에서 양자 간섭 측정

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Performing Spectroscopy on Plasmonic Nanoparticles with Transmission-Based Nomarski-Type Differential Interference Contrast Microscopy

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using visible-range light. The purpose of this protocol is to detail a proven method for preparing plasmonic nanoparticle samples and performing single particle spectroscopy on them with DIC microscopy. Several important steps must be followed carefully in order to perform repeatable spectroscopy experiments. First, landmarks can be etched into the sample substrate, which aids in locating the sample surface and in tracking the region of interest during experiments. Next, the substrate must be properly cleaned of debris and contaminants that can otherwise hinder or obscure examination of the sample. Once a sample is properly prepared, the optical path of the microscope must be aligned, using Kohler Illumination. With a standard Nomarski style DIC microscope, rotation of the sample may be necessary, particularly when the plasmonic nanoparticles exhibit orientation-dependent optical properties. Because DIC microscopy has two inherent orthogonal polarization fields, the wavelength-dependent DIC contrast pattern reveals the orientation of rod-shaped plasmonic nanoparticles. Finally, data acquisition and data analyses must be carefully performed. It is common to represent DIC-based spectroscopy data as a contrast value, but it is also possible to present it as intensity data. In this demonstration of DIC for single particle spectroscopy, the focus is on spherical and rod-shaped gold nanoparticles.

The goal of this protocol is to detail a proven approach for the preparation of plasmonic nanoparticle samples and for performing single particle spectroscopy on them with differential interference contrast (DIC) microscopy.

투과 형 Nomarski 타입 차동 간섭 콘트라스트 현미경을 사용 하 여 플라스 몬 Ic 나노 입자에 대 한 분광학 수행

Differential interference contrast (DIC) microscopy is a powerful imaging tool that is most commonly employed for imaging microscale objects using ...

Spectral and Angle-Resolved Magneto-Optical Characterization of Photonic Nanostructures

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by local enhancement of electric field intensity that strengthens light-matter interactions, enabling applications such as surface-enhanced Raman scattering (SERS) and surface plasmon enhanced sensing. In the presence of magneto-optically active materials, the local field enhancement gives rise to anomalous magneto-optical activity. Typically, the confined modes of a given photonic crystal depend strongly on the wavelength and incidence angle of the incident electromagnetic radiation. Thus, spectral and angular-resolved measurements are needed to fully identify them as well as to establish their relationship with the magneto-optical activity of the crystal. In this article, we describe how to use a Fourier-plane (back focal plane) microscope to characterize magneto-optically active samples. As a model system, here we use a plasmonic grating built out of magneto-optically active Au/Co/Au multilayer. In the experiments, we apply a magnetic field on the grating in situ and measure its reciprocal space response, obtaining the magneto-optical response of the grating over a range of wavelengths and incident angles. This information enables us to build a complete map of the plasmonic band structure of the grating and the angle and wavelength dependent magneto-optical activity. These two images allow us to pinpoint the effect that the plasmon resonances have on the magneto-optical response of the grating. The relatively small magnitude of magneto-optical effects requires a careful treatment of the acquired optical signals. To this end, an image processing protocol for obtaining magneto-optical response from the acquired raw data is laid out.

Photonic band structure enables understanding how confined electromagnetic modes propagate within a photonic crystal. In photonic crystals that incorporate magnetic elements, such confined and resonant optical modes are accompanied by enhanced and modified magneto-optical activity. We describe a measurement procedure to extract the magneto-optical band structure by Fourier space microscopy.

광나노구조체의 스펙트럼 및 각도 해결 된 자기 광학 특성 분석

Photonic crystals are periodic nanostructures that can support a variety of confined electromagnetic modes. Such confined modes are usually accompanied by ...

Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) enables the ultrasensitive detection of analyte molecules in various applications due to the enhanced electric field of metallic nanostructures. Salt-induced silver nanoparticle aggregation is the most popular method for generating SERS-active substrates; however, it is limited by poor reproducibility, stability, and biocompatibility. The present protocol integrates optical manipulation and SERS detection to develop an efficient analytical platform to address this. A 1064 nm trapping laser and a 532 nm Raman probe laser are combined in a microscope to assemble silver nanoparticles, which generate plasmonic hotspots for in situ SERS measurements in aqueous environments. Without aggregating agents, this dynamic plasmonic silver nanoparticle assembly enables an approximately 50-fold enhancement of the analyte molecule signal. Moreover, it provides spatial and temporal control to form the SERS-active assembly in as low as 0.05 nM analyte-coated silver nanoparticle solution, which minimizes the potential perturbation for in vivo analysis. Hence, this optical trapping-integrated SERS platform holds great potential for efficient, reproducible, and stable molecular analyses in liquids, especially in aqueous physiological environments.

Optical Trapping of Plasmonic Nanoparticles for In Situ Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Characterizations

The present protocol describes a convenient approach to integrating optical trapping and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) to manipulate plasmonic nanoparticles for sensitive molecular detection. Without aggregating agents, the trapping laser assembles plasmonic nanoparticles to enhance the SERS signals of target analytes for in situ spectroscopic measurements.

In Situ 표면 강화 라만 분광법 특성화를 위한 플라즈몬 나노입자의 광학 트래핑

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) enables the ultrasensitive detection of analyte molecules in various applications due to the enhanced electric ...

생체공학

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

Source: Raghu, D. et al., <a href="https://app.jove.com/v/53120">A Label-free Technique for the Spatio-temporal Imaging of Single Cell Secretions.</a> J. Vis. Exp.&#160;(2015)
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.