Oberflächenplasmonen-artige Resonanzen auf metallischen Gittern

Abstract

Die Geometrie einer Metalloberfläche bestimmt die Wechselwirkung zwischen der Oberflächenplasmonenresonanz und anderen Energieformen wie Photonen, anderen Oberflächenplasmonen und molekularen Anregungen. In dieser Arbeit wird der Einfluss dieser Effekte auf die optischen Eigenschaften von metallischen Reliefgittern untersucht.Aufgrund von Modellrechungen werden auf tiefen Gitterstrukturen Resonanzen erwartet, die sich als selbstgekoppelte Oberflächenplasmonen interpretieren lassen. Diese Resonanzen wurden aufgrund der Symmetrie des elektromagnetischen Feldes klassifiziert. Es wurden tiefe Gitter mit unterschiedlichen Profilformen hergestellt, die die experimentelle Beobachtung von drei gekoppelten Resonanzen erlauben. Variationen in der Tiefe und Asymmetrie der Gitter sowie in der experimentellen Geometrie zeigen die theoretisch vorausgesagten Effekte.Fluoreszenzfarbstoffe können mit elektromagnetischen Oberflächenresonanzen Energie austauschen. Die Lokalisierung des elektrischen Feldes von gekoppelten Resonanzen führt zu einer Ortsabhängigkeit der Kopplung, die bei 'freien' Oberflächenplasmonen nicht beobachtet wird. Ein theoretisches Modell ist in der Lage, die experimentellen Befunde weitgehend zu beschreiben. Die Ortsabhägigkeit der photochemischen Zerstörungsrate erlaubt die Anwendung dieses Effektes zur Messung von Diffusionsphänomenen in dünnen Filmen.Des weiteren wurde die Polarisationsabhängigkeit der Anregung von Oberflächenplasmonen wurde in konischer Reflexionsgeometrie und die Rolle der Oberflächenplasmonen in der thermisch induzierten Lichtemission untersucht. Ferner wurde eine vereinfachte Auswertungsroutine zur Anwendung von Gittern in der Untersuchung von dünnen dielektrischen Filmen entwickelt.

The special geometry of a periodically modulated metal-dielectric interface opens new channels for the interaction of the surface plasmon resonance with other forms of energy as photons, other surface plasmons or molecular excitations. The scope of this work was to investigate some of these effects in the optics of metal gratings. On deep grating structures, theory predicts that the self-coupling of surface plasmons leads to new types of electromagnetic surface resonances. These resonances were classified by the symmetry of the electromagnetic near field. Deep and highly asymmetric gold gratings were prepared where three coupled resonances could be observed experimentally. According to the strong localisation of the electrical field, a site-dependent coupling strength of fluorescent dyes near the interface to coupled resonances is observed in contrast to free surface plasmons. A theoretical model for this effect is developed and the site-selectivity of photobleaching is observed. Moreover, the polarisation dependence of surface plasmon excitation in conical reflection geometry, the role of the surface plasmon in the conversion of thermal energy into light and the applicability of grating-coupled surface plasmons for the investigation of thin films is investigated.