基于表面等离激元双波长荧光增强的研究

发布时间：2020-05-05 13:34

【摘要】：双光子激发荧光凭借着极高的空间分辨率、激发谱与发射谱明显分开以及对生物样品损害小等优点,使得其在生物科学、材料科学以及物理学等领域体现出非常高的研究与应用价值。然而与单光子激发荧光相比,双光子激发荧光辐射强度相对较低,限制了双光子荧光技术的进一步开发与应用,而通过贵金属纳米结构衬底产生的表面等离激元增强荧光的激发效率与辐射效率实现增强荧光的技术得到了广泛的研究与应用。基于此,本论文结合表面等离激元增强技术与双光子荧光技术,利用周期性银圆盘阵列-二氧化硅-银膜复合结构的双波长共振特性实现双光子激发荧光强度的匹配增强。本论文的主要研究内容如下:(1)通过有限元法研究了周期性银纳米圆盘阵列通过二氧化硅中间层与银膜隔离的复合结构的光学特性。采用背景散射场模型与两步法仿真模型研究了该共振结构的近场增强特性;通过端口反射率计算模型计算了该共振结构的反射谱;同时还研究了10×10阵列结构的散射特性及其角向分布,并通过选择合理的结构参数调节双波长共振峰位匹配双光子荧光的激发波长与发射波长。(2)采用电子束热蒸发沉积与电子束曝光技术,在石英玻璃衬底上制备了周期性银纳米圆盘阵列-二氧化硅-银膜的多层复合结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)表征该复合结构的表面形貌。以氙灯作为光源配合倒置研究型显微镜,通过多级小孔光阑缩小光束对共振区域进行了微区测量,从实验上验证了该结构的理论正确性以及制备工艺的可行性。(3)选取DCM激光染料作为双光子激发荧光的增强目标,研究了四种不同的基底对双光子激发荧光强度的影响。研究结果表明:当共振结构的两个共振波长与双光子荧光的激发波长与发射波长同时匹配时,可以达到最好的增强效果。
【图文】：

图 1-1 分子吸收与发射过程的 Jablonski 能级图规条件下，由于激发光的光子密度低，荧光物质一次仅能吸收一个光迁回到基底过程中发出荧光，这就是一般意义上的荧光发射，其是一。而当激发光光子密度满足荧光物质同时吸收两个光子的条件下 激弛豫、辐射跃迁至基态并发出荧光，称之为双光子荧光。双光子激发荧xcited Fluorescence，TPEF）过程就是物质分子或原子同时吸收两个低子的能量和等于该分子或原子基态与激发态能量之差，并通过中间能级）过渡跃迁至激发态。单光子的激发过程发生在不同对称能级之间能级与激发态能级、基态能级的对称性均不相同，荧光跃迁发生在激者中间能级与基态之间，而要产生双光子过程，激发光必需具有足够明显，双光子荧光的激发波长要比发射波长长的多，从而在光谱上很光谱与荧光光谱，，其可以有效的避免激发光对荧光探测的影响。荧光统正是利用双光子激发荧光的这一优点，大大降低了信噪比使得图像。单光子荧光的线性光学过程，双光子激发荧光过程是一种三阶非线性

东南大学硕士学位论文相对很小，而对样品的穿透能力更强更深；最后，由于双光子过程中的瑞利散射的噪声远小于单光子过程中的背景噪声，从而在双光子荧光显微成像时可以获得更高比度，而且激发波长与发射波长相差较大，更利于察觉到检测过程中的差异。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O433.4;O657.3

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