在納米光子學(xué)中,提高熒光物質(zhì)的定向發(fā)光強度是許多應(yīng)用要解決的關(guān)鍵問題。為了優(yōu)化電介質(zhì)納米天線的熒光增強能力,本文提出了一種由硅納米球二聚體與TiO₂微球組成的電介質(zhì)球復(fù)合納米天線。通過時域有限差分法,本文分別從量子產(chǎn)率增強、熒光收集效率增強以及熒光激發(fā)率增強3個方面研究了該復(fù)合納米天線對熒光的增強效果。結(jié)果表明,這種復(fù)合納米天線不僅可以解決單個TiO₂微球增強熒光時量子產(chǎn)率較低的問題,還可以彌補單個硅納米球二聚體增強熒光時熒光收集效率較差的不足。該復(fù)合納米天線可使CdSe量子點的量子產(chǎn)率增強約4倍、熒光收集效率增強約2倍。此外,由于硅納米球二聚體與TiO₂微球?qū)晒饧ぐl(fā)過程具有增強效果,該復(fù)合天線最終可以產(chǎn)生較高的熒光定向增強倍數(shù)。在量子點發(fā)光的中心波長523 nm處,熒光定向增強約為3 064倍。 

【文章來源】：中國光學(xué). 2020,13(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

3種納米天線的二維截面圖

量子點在有無納米天線時的輻射功率示意圖

首先,研究了硅納米球二聚體天線、TiO2微球天線以及電介質(zhì)球復(fù)合納米天線對量子點熒光量子產(chǎn)率的增強。根據(jù)公式(1)、(2)和(3),得到了3種天線對應(yīng)的量子產(chǎn)率增強曲線。圖3(彩圖見期刊電子版)展示了3種納米天線對應(yīng)的量子產(chǎn)率增強曲線。從圖中可以看出,單個的TiO2微球不能使量子點的量子產(chǎn)率得到很好的增強,而硅納米球二聚體可以使量子產(chǎn)率獲得較大的增強。原因是硅納米球二聚體可以在熒光的激發(fā)下產(chǎn)生米氏共振,這種耦合共振可以較大地提高量子產(chǎn)率。而TiO2微球在熒光照射下僅發(fā)生普通的米氏散射,僅有某些波長的熒光可以在TiO2微球中激發(fā)出回音壁模式(圖中圓形紅線最右端η大于1的部分),故只能實現(xiàn)量子產(chǎn)率的微弱增加[24]。硅納米球二聚體與單個TiO2微球組成的三聚體復(fù)合納米天線可以有效增強量子產(chǎn)率,其增強倍數(shù)約為4倍,略低于硅納米球二聚體的增強倍數(shù),原因是復(fù)合體中TiO2微球?qū)晒獯嬖诖銣缱饔?η小于1)。圖3中的插圖展示的是523 nm波長對應(yīng)的發(fā)光電場分布。圖中的虛線是TiO2微球的輪廓。由圖中的發(fā)光電場分布強弱對比得出的結(jié)論與量子產(chǎn)率增強曲線相一致。


本文編號：3346818