隨著電磁數(shù)值計算的飛速發(fā)展和納米制作工藝技術的不斷成熟,多功能、小型化及集成化的微納光電子器件被設計和制備,已被廣泛應用于生物科學、能源利用和高速光通信等領域。熒光檢測作為微納光子學研究的分支之一,因其具有靈敏度高,操作簡便等優(yōu)點,已經在生物傳感、醫(yī)學成像、材料表征分析、照明顯示等方面得到了重要應用。然而在均勻介質中,熒光物質發(fā)光效率比較低以及探測器靈敏度的限制,嚴重制約著熒光檢測的進一步發(fā)展。而通過提高熒光物質的遠場定向發(fā)射可以有效的提高探測器的信號收集效率,提高熒光檢測的靈敏度。相比起其他熒光物質,量子點因其獨特的光學特性使得它成為熒光物質的最佳選擇。因此研究微納光子結構和量子點耦合時的熒光發(fā)射具有重要的意義。本文系統(tǒng)研究了微納復合結構對量子點定向發(fā)光的影響。主要研究內容如下:首先提出了一種由半圓形金屬銀微流通道和微透鏡組成的復合結構。通過時域有限差分方法研究了該復合結構對量子點定向發(fā)射的影響。計算結果表明:單個半圓形金屬微流通道和不同偏振態(tài)的量子點耦合時熒光發(fā)射不同,這是因為不同偏振態(tài)下的量子點發(fā)出的光波和金屬微流通道相互作用后形成不同的光耦合模式,使得量子點定向發(fā)射效果不同;接... 

【文章來源】：太原理工大學山西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

修正的表面等離子控制熒光發(fā)射的Jablonski示意圖,粗箭頭表示激發(fā)和發(fā)射的增加速率

增強熒光主要是指金屬納米顆粒和光波作用后將會形成局域化的表面等離子體振Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR），這時金屬納米顆粒附近較強的局域提高熒光分子的輻射衰減速率，同時減小熒光壽命，光漂白作用加強，進而提高了發(fā)光強度。值得注意的是不同形狀和材料的金屬納米粒子對熒光的調控作用不一樣種熒光增強方式不需要嚴格的波矢匹配。等離子體控制熒光指的是利用周期性的金波以及光柵可以控制目標波長的熒光發(fā)射和某一方向上的輻射光，它結合了金屬增光和表面等離子耦合發(fā)射。當入射光照射到光柵表面時將發(fā)生衍射，當某一級衍射入射光沿界面的水平分量的疊加與激發(fā) SPP 所需的波矢達到匹配時，將會發(fā)生強烈面等離子體共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）,共振條件如公式(1.2)所示：0sinsp spk k nG[5](1.2)其中， G 2 代表光柵的傳播常數(shù)，n 是正整數(shù)，0k 是空氣中的波矢，p 是發(fā)面等離子體共振的時的入射角。

熒光的定向發(fā)射以及多色生物探針標記等功能[7]。如圖 1-3 所示，他們首摻雜濃度的熒光分子 Sulforhodamine101（S101）的 PVA 電介質層（對應不）對熒光定向性的影響，發(fā)現(xiàn)了熒光的出射方向隨著摻雜濃度的變化而變了在不同收集角度下 Sulforhodamine101（S101）熒光分子在 PVA（4%）g-PVA（4%）-Ag 多層平板的發(fā)光光譜，得到在不同收集角度下 Ag-PV光譜不發(fā)生變化的結論，證明了所設計的多層平板的可靠性；同時分A（4%）-Ag 多層平板作用下可以實現(xiàn)不同發(fā)射峰熒光分子 S101 和 Cy5 組辨別，這對實現(xiàn)多個探針的多色定向熒光傳感具有重要參考意義。多層平類使得基于熒光標記的研究得到了飛速發(fā)展，他們通過將 PVA-Ag和Ag-P S101 的熒光發(fā)射光投射到屏幕上，發(fā)現(xiàn) PVA-Ag 將產生熒光環(huán)，而 Ag-PV產生離散的熒光點，后者將對小型化、多路復用和自動化的高通量生物分列研究具有重要參考意義。


本文編號：3093975