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▌ARMS 在光子晶体相干荧光辐射中应用
利用角分辨光谱技术对杂化 Photonic-Plasmonic 光子晶体的相干荧光辐射的光谱表征


   光子晶体      角分辨光谱      微区光谱      SPP      相干荧光辐射   

【概述】近年来,由于光子晶体概念的快速发展,如何利用人工结构操控光的辐射、传播与接收一直是研究的热点。一篇发表于 Laser & Photonics Reviews,名为《Coherent fluorescence emission by using hybrid photonic–plasmonic crystals》的文章,展示了一种利用准二维杂化光子晶体调控非相干荧光辐射而产生时间与空间相干性的方法。
      
近场下荧光辐射相干模型示意图
图1,近场下荧光辐射相干模型示意图

作者创造性地利用微区角分辨光谱技术,构建了一种可以探测 杂化Photonic-Plasmonic光子晶体 漏波模式(Leaky Optical Modes)的系统,研究了其中荧光的定向辐射现象。同时,作者还在此基础上构建了经典的 Yong’s 双缝实验,为验证并研究荧光辐射的相干性建立了坚实的实验基础。最终,作者观测到在超过 49μm² 的区域内,样品的荧光辐射仍然具有较强相干性。
      
      【样品 & 测试】实验中,作者以一种准两维的杂化 Photonic-Plasmonic 光子晶体结构,作为获取高度相关荧光辐射的基础。准两维杂化 Photonic-Plasmonic 光子晶体结构(如 图2a, b)是由直径为 500nm 的 Polystyrene (PS) 单分散小球经过自组装方法沉积在厚度约为 200nm 的平整 Ag 衬底上。再通过 Spin Coating 方法,在单层小球上形成一层平均厚度约为 50nm 的 S101-doped polyvinyl alcohol (PVA) 层。
      
Photonic-Plasmonic 光子晶体 SEM 顶视图、角分辨光谱系统示意图、角分辨反射光谱
图2,Photonic-Plasmonic 光子晶体 SEM 顶视图、角分辨光谱系统示意图、角分辨反射光谱

角分辨光谱测试及 Young’s 双缝实验装置:如 图2c 所示,基于光学傅里叶变换的角分辨光谱技术被用来检测样品的定向荧光辐射。其中,作者在 Real Image Plane 位置放置了一个用于做 Young’s 双缝干涉实验的双缝。通过这样的装置,作者可以直接在远场获得样品表面不同位置的空间干涉信息。
      
      图2d 所示为 p 和 s 两种偏振下 Γ-J 方向的角分辨反射光谱。在角分辨光谱技术的帮助下,可以非常清晰地看出这种准两维样品的光学模式。以此为基础按图索骥,作者可以选择激光的入射角度并预测荧光的辐射角度。同时,借助于角分辨光谱技术,作者观察到了双缝干涉现象,进而证明了荧光辐射的相干性。
      
文章中作者对复享光学(ideaoptics)参与实验设计与角分辨光谱系统搭建工作的致谢
图3,文章中作者对复享光学(ideaoptics)参与实验设计与角分辨光谱系统搭建工作的致谢

【总结】通过巧妙地结合角分辨光谱技术和双缝实验装置,本文作者观察到了准两维杂化光子晶体中的相干荧光辐射现象,并给出了合理的理论解释。
      
      综上所述,复享光学显微角分辨光谱仪 ARM 能够在微纳尺度下进行精细的角分辨光谱测量,为观测微纳光子结构的光学模式,并揭示其中精细的物理机制提供了有力的保障。
      
【参考文献】
       Shi Lei, et al.“Coherent fluorescence emission by using hybrid photonic–plasmonic crystals.” Laser & Photonics Reviews 8.5 (2014): 717-725.  Link 
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