光学天线对荧光远场辐射的调控研究

发布时间：2023-04-07 23:32

　　对量子辐射体(半导体量子点,染料分子,J-聚体等)的荧光进行有效的调控和探测,在光学传感,光学成像,集成光学,量子信息处理,分子生物,分析化学等各个领域都有重要的应用。而荧光光场的高效探测,主要依赖于荧光远场辐射方向和荧光到达探测器端的强度。因此,改善荧光的这两个特性,成为研究荧光调控与探测的重要内容。近年来,人们利用光学天线器件对荧光实现高效调控和探测的研究层出不穷。光学天线能实现局域光场与自由空间光场的相互转化。它虽然与传统射频天线结构类似,但是其尺度通常为纳米量级,并且所支持的发射与接收波段均集中在可见光波段。这就使得利用该结构调控荧光成为可能。目前在实验上已经能够实现荧光调控的光学天线有八木天线型结构、牛眼光栅型结构、棒状、V形或U形棒状结构,等等。这些结构通常用金属加工而成,并支持表面等离激元共振模式,并且可以通过结构的几何效应,或者荧光发射体本身与表面等离激元共振模式之间相互耦合,改变荧光的发射特性,从而实现荧光、局域光场与自由空间光场三者之间的高效转化。本文主要研究了表面等离子体行波光学天线器件对半导体量子点的荧光远场辐射方向的影响。我们首先制备出了基于银纳米线的行波天线...

【文章页数】：104 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 表面等离激元光学天线简介
        1.2.1 表面等离激元概念
        1.2.2 表面等离激元光学天线基本参数
        1.2.3 表面等离激元光学天线典型应用
        1.2.4 单向性表面等离激元光学天线
    1.3 光学天线与荧光耦合辐射
        1.3.1 半导体量子点与荧光
        1.3.2 表面等离激元结构与荧光耦合发射
        1.3.3 共振型光学天线与荧光耦合发射
        1.3.4 行波光学天线与荧光耦合发射
    1.4 本文的研究内容
第二章 荧光远场辐射方向研究的实验及计算方法
    2.1 引言
    2.2 实验测量方法
        2.2.1 傅里叶面成像的基本原理
        2.2.2 荧光傅里叶面探测系统
    2.3 理论计算方法
        2.3.1 远场辐射的格林函数计算方法
        2.3.2 辐射体的离散化处理与计算
    2.4 量子点自由空间远场辐射的研究
    2.5 本章小结
第三章 行波光学天线对量子点荧光双向到单向辐射的调控
    3.1 引言
    3.2 柱形行波波导基本模式分析
    3.3 复合结构的制备方法
        3.3.1 光滑银纳米线的制备
        3.3.2 银纳米线与二氧化硅复合结构制备
        3.3.3 银纳米线-二氧化硅-量子点复合结构制备
    3.4 行波光学天线对量子点荧光辐射的调控研究
        3.4.1 行波光学天线与量子点复合结构设计
        3.4.2 复合结构中基本模式的远场辐射计算
        3.4.3 量子点荧光双向辐射到单向辐射
        3.4.4 介质环境对荧光远场辐射极角的影响
        3.4.5 银纳米线结构尺寸对荧光辐射弥散角的影响
    3.5 本章总结
第四章 V形行波光学天线实现量子点荧光高度方向性
    4.1 引言
    4.2 V形行波光学天线控制量子点荧光辐射
        4.2.1 V形复合结构的设计及制备
        4.2.2 V形复合结构实现荧光高度方向性
    4.3 V形区域角度大小对荧光远场辐射的影响
        4.3.1 实验结果与讨论
        4.3.2 计算结果与讨论
    4.4 本章小节
第五章 结论与展望
    5.1 研究内容和主要结论
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读学位期间发表的学术论文目录



本文编号：3785553