發(fā)布時間：2017-04-03 21:07

  本文關(guān)鍵詞：金屬表面等離子體激元與分子相互作用及其時間分辨光譜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：信息化領(lǐng)域的發(fā)展已經(jīng)成為影響整個人類社會進步和發(fā)展的至關(guān)重要的因素之一。人類對信息化發(fā)展的需求越來越高。由于量子限域效應(yīng)的制約，在目前信息化領(lǐng)域扮演重要角色的微電子芯片已經(jīng)很難按照摩爾定律所預(yù)言的速度飛速地向前發(fā)展。集成光路由于其具有高度集成、快速響應(yīng)以及高速傳遞信息的的特點，在全光通訊等領(lǐng)域具有極其廣闊的應(yīng)用前景。但是光學(xué)衍射極限的限制是在亞微米尺度下實現(xiàn)微納集成光路最大的瓶頸。表面等離子體激元為突破光學(xué)衍射極限實現(xiàn)納米光學(xué)器件提供了解決方案，，近年來受到了研究人員的廣泛關(guān)注。但是對于金屬表面等離子體激元來說，金屬吸收引起的損耗比較大，在一些情況下需要引入增益介質(zhì)來降低損耗，這就存在一個表面等離子體激元與物質(zhì)相互作用的問題；同時，表面等離子體激元與物質(zhì)相互作用也是一些器件的工作基礎(chǔ)。研究表面等離子體激元與分子相互作用，對基礎(chǔ)物理研究方面以及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域都有著重要意義。 到目前為止，利用時間分辨光譜技術(shù)研究表面等離子體激元與分子耦合相互作用的工作還不完善。對于弱相互作用，耦合發(fā)射受到吸收增強的干擾，利用時間分辨光譜的深入研究較少，機理尚有爭論；強相互作用方面，相關(guān)工作都是在非共振激發(fā)下研究的，此時熱效應(yīng)占主導(dǎo)，不能表現(xiàn)其本征的性質(zhì)。 本論文主要是針對目前表面等離子體激元與分子耦合相互作用的研究中存在的問題，做了兩方面的工作，第一，制備了能夠?qū)崿F(xiàn)表面等離子體激元耦合熒光發(fā)射的樣品，利用搭建的時間分辨熒光各向異性測試系統(tǒng)研究其各向異性弛豫性質(zhì)；第二，制備了J-聚集染料分子和金納米棒粒子的強耦合雜化體系，并利用搭建的飛秒泵浦-探測系統(tǒng)研究了超快動力學(xué)性質(zhì)，主要內(nèi)容如下： （一）利用單通道測試法，搭建了基于時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)的時間分辨熒光各向異性測試系統(tǒng)，時間分辨率為0.2ns，測試窗口范圍為50ns。 （二）搭建了可以寬譜測量的飛秒泵浦-探測系統(tǒng)，測量波長范圍從350nm到800nm，激發(fā)光波長可調(diào)諧范圍從350nm到700nm，時間分辨率為100fs，測試窗口范圍為1500ps。 （三）利用雙光束干涉制備了周期為375nm納米光柵結(jié)構(gòu)。在納米光柵結(jié)構(gòu)上利用熱蒸發(fā)法蒸鍍了50nm的銀膜和30nm Alq3分子。在排除表面等離子體激元誘導(dǎo)吸收增強干擾的前提下，觀察到了表面等離子體激元耦合熒光發(fā)射調(diào)控Alq3分子的熒光光譜。研究了表面等離子體激元耦合發(fā)射熒光的穩(wěn)態(tài)性質(zhì)，表征了其角度依賴定向發(fā)射及高度p偏振的特性。利用FDTD數(shù)值模擬研究了熒光定向發(fā)射和光柵結(jié)構(gòu)表面等離子體激元吸收色散曲線的關(guān)系。利用搭建的時間分辨熒光各向異性測試系統(tǒng)研究了其各向異性熒光弛豫曲線，發(fā)現(xiàn)表面等離子激元耦合發(fā)射的熒光在熒光衰減時間內(nèi)各向異性值始終接近于-0.5。給出了表面等離子體耦合熒光是表面等離子體發(fā)光的新證據(jù)。 （四）制備成了J-聚集染料分子和表面等離子體激元強耦合的雜化體系。通過穩(wěn)態(tài)吸收可以看出雜化結(jié)構(gòu)有大約190meV的拉比劈裂。我們利用泵浦-探測技術(shù)，在共振激發(fā)條件下，觀測到了一個新的瞬態(tài)吸收光譜結(jié)構(gòu)，給出了強耦合雜化態(tài)存在的直接實驗證據(jù)。通過分別測量上能態(tài)和下能態(tài)激發(fā)條件下雜化態(tài)的弛豫壽命，證明了金屬表面等離子體激元同分子的強耦合與光學(xué)模式同激子的強耦合性質(zhì)等效。更進一步了解了金屬表面等離子體激元與分子強耦合相互作用的光物理性質(zhì)，為利用表面等離子體激元將傳統(tǒng)光學(xué)器件納米化提供了理論支持。
【關(guān)鍵詞】：表面等離子體激元 時間分辨熒光各向異性 表面等離子體激元耦合熒光發(fā)射 強耦合相互作用 泵浦-探測技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN25
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-43
• 1.1 引言11
• 1.2 表面等離子體激元的研究歷程11-15
• 1.3 表面等離子體激元的基本理論15-36
• 1.3.1 麥克斯韋方程組和金屬導(dǎo)體對電磁波吸收15-18
• 1.3.2 自由電子氣的介電函數(shù)18
• 1.3.3 長程表面等離子體激元18-25
• 1.3.4 局域表面等離子體激元25-36
• 1.4 表面等離子體激元與分子的相互作用36-41
• 1.4.1 表面等離子體激元與分子相互作用的分類36-38
• 1.4.2 表面等離子體激元與分子相互作用的研究進展38-41
• 1.5 本論文的研究思路和內(nèi)容41-43
• 第二章 時間分辨測試系統(tǒng)的搭建43-69
• 2.1 引言43
• 2.2 時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)43-61
• 2.2.1 時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)組成43-46
• 2.2.2 時間相關(guān)單光子計數(shù)系統(tǒng)的基本原理46-49
• 2.2.3 時間分辨各向異性熒光49-59
• 2.2.4 本實驗中所用 TCSPC 光路及采集系統(tǒng)59-61
• 2.3 飛秒泵浦-探測系統(tǒng)61-68
• 2.3.1 飛秒泵浦-探測系統(tǒng)的基本原理61-64
• 2.3.2 飛秒泵浦-探測系統(tǒng)的激光光源及光學(xué)附件64-65
• 2.3.3 飛秒泵浦-探測系統(tǒng)光路65-68
• 2.4 本章小結(jié)68-69
• 第三章 銀納米光柵結(jié)構(gòu)的表面等離子體激元對 Alq3分子熒光調(diào)控的研究69-89
• 3.1 引言69
• 3.2 樣品制備69-74
• 3.2.1 光柵結(jié)構(gòu)制備69-72
• 3.2.2 Ag 及 Alq3分子的蒸鍍72-74
• 3.3 表面等離子體激元對穩(wěn)態(tài)熒光光譜的調(diào)制74-81
• 3.3.1 受調(diào)制后的熒光光譜的性質(zhì)74-79
• 3.3.2 FDTD 數(shù)值模擬與實驗數(shù)值的對比79-81
• 3.4 時間分辨各向異性光譜81-87
• 3.5 本章小結(jié)87-89
• 第四章 金納米粒子與 J-聚集染料分子（Thia）強耦合作用的研究89-103
• 4.1 引言89-90
• 4.2 金納米棒/J-聚集染料雜化體系的制備90-93
• 4.2.1 合成所用試劑90
• 4.2.2 制備方法及過程90-93
• 4.3 金納米棒/J-聚集染料雜化體系穩(wěn)態(tài)光譜特性93-95
• 4.4 金納米棒/J-聚集染料雜化體系時間分辨光譜及動力學(xué)特性95-101
• 4.4.1 非共振激發(fā)條件下雜化體系時間分辨光譜及動力學(xué)特性95-97
• 4.4.2 共振激發(fā)條件下雜化體系時間分辨光譜及動力學(xué)特性97-101
• 4.5 本章小結(jié)101-103
• 第五章 總結(jié)與展望103-107
• 5.1 工作總結(jié)103-104
• 5.2 前景展望104-107
• 參考文獻107-121
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果121-123
• 致謝123

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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2 李青;微型PDMS SPR傳感器研究[D];長春理工大學(xué);2010年

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9 董廣才;基于光子晶體輔助的錐形結(jié)構(gòu)表面等離子體激元的研究[D];吉林大學(xué);2011年

10 李博;光纖SPR傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計以及應(yīng)用[D];北京郵電大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：金屬表面等離子體激元與分子相互作用及其時間分辨光譜研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：284959