一种增强荧光远场定向发射的错位光栅结构
CSTR:
作者:
作者单位:

(太原理工大学 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024)

作者简介:

田栋梁(1997-),男,山西省晋中市人,硕士研究生,主要从事微纳光子学方面的研究;

通讯作者:

中图分类号:

TN247

基金项目:

国家自然科学基金项目(U22A20258,62175178);山西省中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2021A013).通信作者:陈智辉


A Double-Layer Dislocated Grating Structure for Enhanced Far-Field Fluorescence Emission
Author:
Affiliation:

(Key Laboratory of Advanced Transducers and Intelligent Control, Ministry of Education, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, CHN)

Fund Project:

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    摘要:

    针对荧光检测中荧光发射强度低且全方向发散的问题,提出了一种由双层错位金属光栅和倾斜电介质光栅组成的复合结构。采用时域有限差分法研究了量子点的偏振态和金属光栅参数对荧光定向发射增强的影响,并分析了荧光激发过程中的电场增强效果。通过将上转换量子点置于复合结构中的聚甲基丙烯酸甲酯层,实现了荧光远场定向发射增强。研究结果表明,与自由空间中相比,当量子点处于错位金属光栅中时,荧光激发增强40倍,荧光定向发射增强26倍,且远场辐射角小,进而可以提高荧光生物检测的灵敏度。

    Abstract:

    This study proposes a hybrid structure consisting of a double-layer dislocated metal grating and an inclined dielectric grating to address the issues of low fluorescence intensity and omnidirectional divergence in fluorescence detection. Using the finite-difference time-domain method, we investigated the effects of polarization state and position, quantum dot positioning, and metal grating period on enhancing directed fluorescence emission. Additionally, we analyzed the enhancement effect during fluorescence excitation. By embedding the up-conversion quantum dots as fluorescent materials within the polymethyl methacrylate layer, the proposed structure achieved significant fluorescence far-field directional enhancement. The results demonstrated that, compared to free space, when quantum dots were placed in dislocated metal gratings, fluorescence excitation was enhanced by 40-fold, directional fluorescence emission was increased by 26-fold, and the far-field radiation angle was reduced, thereby improving the sensitivity of fluorescence-based biological detection.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

田栋梁,陈智辉.一种增强荧光远场定向发射的错位光栅结构[J].半导体光电,2024,45(5):780-785. TIAN Dongliang, CHEN Zhihui. A Double-Layer Dislocated Grating Structure for Enhanced Far-Field Fluorescence Emission[J].,2024,45(5):780-785.

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  • 收稿日期:2024-05-30
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  • 在线发布日期: 2024-11-22
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