Name: determination of the excitation and coupling rates between light emitters and surface plasmon polaritons
Uploaded: 2018-07-21T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons at JoVE.com

Это исследование было поддержано китайского университета Гонконга через прямые гранты 4053077 и 4441179, RGC конкурентных целевые субсидии на проведение исследований, 402812 и 14304314 и площадь от совершенства AoE/P-02/12.

1. Установка вмешательства литографии
Примечание: Вмешательство литографии используется для изготовления периодических массивы12. Схема установки, как показано на рисунке 1, строится следующим образом:
<ol><li>Фокус 325 Нм лазер из HeCd многомодов?...

<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>

В этом протоколе есть несколько важных шагов. Во-первых, Механическая стабильность имеет решающее значение в пробоподготовки. Стоячей волны, генерируемые Ллойда установки чувствителен к разность фаз между двумя балками освещения. Таким образом любые вибрации во время экспозиции буде?...

Поверхностного плазмон опосредованной флуоресцирования (SPMF) получила значительное внимание недавно1,2,3,4,5,6. 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 освещения1,4,5и6Био 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 теория9,10. 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 осуществить8, 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 Γr, 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
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq1.jpg">(1)
где ε и εm 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 λex. 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 λЭм. Однако, следует отметить, что как излучателей можно пару их энергию для векториального размножаемый ППУ с <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq2.jpg"> , имеет ту же величину <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq3.jpg"> 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 Γex, т.е. скорость передачи энергии от ППУ для излучателей, могут быть выражены как9,12,13
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq4.jpg">(2)
где η — коэффициент выше прямого возбуждения при отсутствии входящих ППУ, Γмалыш это общий распад скорость входящего ППУ <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq5.jpg"> в котором Γabs и Γrad являются омического поглощения и радиационные распад темпы ППУ, и <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq6.jpg"> является коэффициент мощности фотолюминесценция с и без входящего ППУ. С другой стороны муфта скорость Γc, то есть скорость передачи энергии от излучателей в ППУ, может быть записана как:
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq7.jpg">(3)
где Γr – ставка прямых выбросов, <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56735/56735eq8.jpg"> это соотношение мощности фотолюминесценция между αй SPP опосредованной распада и прямые порты, и Γradα и Γмалыш радиационное воздействие распада ставки для портай 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 справочных9,10.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:817px;" width="818">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">SU-8</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 2000.5</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Adhesion solution</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">Omnicoat</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:21px;width:319px;">SU-8 Thinner (Gamma-Butyrolactone)</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 2000 Thinner</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">SU-8 Developer</td>
			<td style="width:213px;">MicroChem</td>
			<td style="width:119px;">SU-8 Developer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:213px;">Chemat Technology</td>
			<td style="width:119px;">KW-4A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">HeCd laser</td>
			<td style="width:213px;">KIMMON KOHA CO., LTd</td>
			<td style="width:119px;">IK3552R-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Shutter</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">SH05</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Objective for sample preparation</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">U-13X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Pinhole</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">PNH-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Iris</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">M-DI47.50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Prism</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">PS611</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation stage for sample preparation</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">481-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Supttering Deposition System</td>
			<td style="width:213px;">Homemade</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 1</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">URM80ACC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 2</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">RV120PP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Rotation Stage 3</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">SR50PP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Detection arm</td>
			<td style="width:213px;">Homemade</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Quartz lamp</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td align="right" style="width:119px;">66884</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Fiber Bundle</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td align="right" style="width:119px;">77578</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Objective for measurement</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">M-5X &#38; M-60X</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polarizer &#38; Analyzer</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">GT15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Multimode Fiber</td>
			<td style="width:213px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">BFL105LS02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Spectrometer</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">MS260i</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">CCD</td>
			<td style="width:213px;">Andor</td>
			<td style="width:119px;">DV420-OE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">514nm Argon Ion Laser</td>
			<td style="width:213px;">Spectra-Physics</td>
			<td style="width:119px;">177-G01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">633nm HeNe Laser</td>
			<td style="width:213px;">Newport</td>
			<td style="width:119px;">R-32413</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">CdSeTe quantum dot</td>
			<td style="width:213px;">Thermo Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">q21061mp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Polyvinyl alcohol polymer (PVA)</td>
			<td style="width:213px;">SIGMA-ALDRICH</td>
			<td align="right" style="width:119px;">363073</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:319px;">Control program</td>
			<td style="width:213px;">National Instruments</td>
			<td style="width:119px;">LabVIEW</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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

Мы разработали уникальный метод для измерения возбуждения и муфты ставки между излучателей света и поверхностного плазмон поляритонов (ППУ) вытекающие из металлических периодических массивы без привлечения время решена методов. Мы разработали ставки в количествах, которые могут быть измерены простым оптических измерений. Приборостроение, основанные на угол и поляризации решены отражательной способности и фотолюминесценции спектроскопия будут описаны подробно здесь. Наш подход интригует из-за своей простоты, которая требует обычной оптике и несколько механических этапов и таким образом является весьма доступным для большинства научно-исследовательских лабораторий.

В врезные рисунок 4a8приведен пример массива периодические Au. Плоскости SEM изображение показывает, что образец является массив круглое отверстие 2D квадратную решетку с периодом 510 нм, отверстие глубиной 280 Нм и отверстие диаметром 140 Нм. P пол...

Watch this Scientific Journal Video about Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons at JoVE.com

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

Этот протокол описывает приборов для определения возбуждения и сцепления между излучателей света и блох как поверхностного плазмон поляритонов, вытекающих из периодических массивы.

Определение возбуждения и сцепления между излучателей света и поверхностного плазмон поляритонов

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Характеристика модификации поверхности белым светом интерферометрии, применения в ионного распыления, лазерной абляции, и трибологии Эксперименты

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

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

Проектирование, изготовление, и экспериментальная характеристика Плазмонных Фотопроводящий излучателей терагерцового

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

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Real-Time DC-динамичный Смещение Метод коммутации Улучшение времени в строго Underdamped окантовкой поля электростатических MEMS приводов

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Количественное водорода концентрации в поверхностных и интерфейсных слоев и сыпучих материалов через профилирование по глубине с анализом ядерной реакции

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Излучение спектроскопические пограничного слоя Исследование во время АБЛЯЦИОННОГО испытания материалов в плазмотроне

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Измерение газовыделение Цены сталей

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

Синхротрона рентгеновских Microdiffraction и флуоресценции изображений минеральных и образцов скальных пород

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Excitation-Scanning Hyperspectral Imaging Microscopy to Efficiently Discriminate Fluorescence Signals

Возбуждение-сканирование гиперспектральной микроскопии изображений для эффективной дискриминации сигналов флуоресценции

Several techniques rely on detection of fluorescence signals to identify or study phenomena or to elucidate functions. Separation of these fluorescence ...

Accurate Determination of the Equilibrium Surface Tension Values with Area Perturbation Tests

Точное определение значений эквилибриума поверхностного напряжения с тестами на возмущения в области

We demonstrate two robust protocols for determining the equilibrium surface tension (EST) values with area perturbation tests. The EST values should be ...

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone (ITZ)

Determination of Aggregate Surface Morphology at the Interfacial Transition Zone ITZ

Определение агрегированной морфологии поверхности в межлицкой переходной зоне (ИТС)

Here, we present a comprehensive method to illustrate the uneven distribution of the interfacial transition zone (ITZ) around the aggregate and the effect ...