基于微透镜的复合结构增强量子点远场定向发光的研究
发布时间：2021-03-22 09:13
随着电磁数值计算的飞速发展和纳米制作工艺技术的不断成熟,多功能、小型化及集成化的微纳光电子器件被设计和制备,已被广泛应用于生物科学、能源利用和高速光通信等领域。荧光检测作为微纳光子学研究的分支之一,因其具有灵敏度高,操作简便等优点,已经在生物传感、医学成像、材料表征分析、照明显示等方面得到了重要应用。然而在均匀介质中,荧光物质发光效率比较低以及探测器灵敏度的限制,严重制约着荧光检测的进一步发展。而通过提高荧光物质的远场定向发射可以有效的提高探测器的信号收集效率,提高荧光检测的灵敏度。相比起其他荧光物质,量子点因其独特的光学特性使得它成为荧光物质的最佳选择。因此研究微纳光子结构和量子点耦合时的荧光发射具有重要的意义。本文系统研究了微纳复合结构对量子点定向发光的影响。主要研究内容如下:首先提出了一种由半圆形金属银微流通道和微透镜组成的复合结构。通过时域有限差分方法研究了该复合结构对量子点定向发射的影响。计算结果表明:单个半圆形金属微流通道和不同偏振态的量子点耦合时荧光发射不同,这是因为不同偏振态下的量子点发出的光波和金属微流通道相互作用后形成不同的光耦合模式,使得量子点定向发射效果不同;接...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
修正的表面等离子控制荧光发射的Jablonski示意图,粗箭头表示激发和发射的增加速率
增强荧光主要是指金属纳米颗粒和光波作用后将会形成局域化的表面等离子体振Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR），这时金属纳米颗粒附近较强的局域提高荧光分子的辐射衰减速率，同时减小荧光寿命，光漂白作用加强，进而提高了发光强度。值得注意的是不同形状和材料的金属纳米粒子对荧光的调控作用不一样种荧光增强方式不需要严格的波矢匹配。等离子体控制荧光指的是利用周期性的金波以及光栅可以控制目标波长的荧光发射和某一方向上的辐射光，它结合了金属增光和表面等离子耦合发射。当入射光照射到光栅表面时将发生衍射，当某一级衍射入射光沿界面的水平分量的叠加与激发 SPP 所需的波矢达到匹配时，将会发生强烈面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）,共振条件如公式(1.2)所示：0sinsp spk k nG[5](1.2)其中， G 2 代表光栅的传播常数，n 是正整数，0k 是空气中的波矢，p 是发面等离子体共振的时的入射角。
荧光的定向发射以及多色生物探针标记等功能[7]。如图 1-3 所示，他们首掺杂浓度的荧光分子 Sulforhodamine101（S101）的 PVA 电介质层（对应不）对荧光定向性的影响，发现了荧光的出射方向随着掺杂浓度的变化而变了在不同收集角度下 Sulforhodamine101（S101）荧光分子在 PVA（4%）g-PVA（4%）-Ag 多层平板的发光光谱，得到在不同收集角度下 Ag-PV光谱不发生变化的结论，证明了所设计的多层平板的可靠性；同时分A（4%）-Ag 多层平板作用下可以实现不同发射峰荧光分子 S101 和 Cy5 组辨别，这对实现多个探针的多色定向荧光传感具有重要参考意义。多层平类使得基于荧光标记的研究得到了飞速发展，他们通过将 PVA-Ag和Ag-P S101 的荧光发射光投射到屏幕上，发现 PVA-Ag 将产生荧光环，而 Ag-PV产生离散的荧光点，后者将对小型化、多路复用和自动化的高通量生物分列研究具有重要参考意义。
本文编号：3093975
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
修正的表面等离子控制荧光发射的Jablonski示意图,粗箭头表示激发和发射的增加速率
增强荧光主要是指金属纳米颗粒和光波作用后将会形成局域化的表面等离子体振Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR），这时金属纳米颗粒附近较强的局域提高荧光分子的辐射衰减速率，同时减小荧光寿命，光漂白作用加强，进而提高了发光强度。值得注意的是不同形状和材料的金属纳米粒子对荧光的调控作用不一样种荧光增强方式不需要严格的波矢匹配。等离子体控制荧光指的是利用周期性的金波以及光栅可以控制目标波长的荧光发射和某一方向上的辐射光，它结合了金属增光和表面等离子耦合发射。当入射光照射到光栅表面时将发生衍射，当某一级衍射入射光沿界面的水平分量的叠加与激发 SPP 所需的波矢达到匹配时，将会发生强烈面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance, SPR）,共振条件如公式(1.2)所示：0sinsp spk k nG[5](1.2)其中， G 2 代表光栅的传播常数，n 是正整数，0k 是空气中的波矢，p 是发面等离子体共振的时的入射角。
荧光的定向发射以及多色生物探针标记等功能[7]。如图 1-3 所示，他们首掺杂浓度的荧光分子 Sulforhodamine101（S101）的 PVA 电介质层（对应不）对荧光定向性的影响，发现了荧光的出射方向随着掺杂浓度的变化而变了在不同收集角度下 Sulforhodamine101（S101）荧光分子在 PVA（4%）g-PVA（4%）-Ag 多层平板的发光光谱，得到在不同收集角度下 Ag-PV光谱不发生变化的结论，证明了所设计的多层平板的可靠性；同时分A（4%）-Ag 多层平板作用下可以实现不同发射峰荧光分子 S101 和 Cy5 组辨别，这对实现多个探针的多色定向荧光传感具有重要参考意义。多层平类使得基于荧光标记的研究得到了飞速发展，他们通过将 PVA-Ag和Ag-P S101 的荧光发射光投射到屏幕上，发现 PVA-Ag 将产生荧光环，而 Ag-PV产生离散的荧光点，后者将对小型化、多路复用和自动化的高通量生物分列研究具有重要参考意义。
本文编号：3093975
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