Αλληλεπίδραση φωτός με κβαντικούς εκπομπούς και μεταλλικούς κυματοδηγούς

Abstract

Ο σκοπός της εργασίας είναι η παρουσίαση και η μελέτη των πλασμονικών φαινόμενων . Η εργασία χωρίζεται σε 3 ενότητες . Η πρώτη ενότητα αποτελεί μια εισαγωγή στα πλασμονικά φαινόμενα , η δεύτερη μελετά της θεωρητικές βάσεις του φαινόμενου των πλασμονίων και η τρίτη μελέτα την σύζευξη κβαντικών εκπομπών με πλασμονικούς κυματοδηγούς . Συγκεκριμένα , στην πρώτη ενότητα παρουσιάζεται αρχικά η οικογένεια των πλασμονίων δηλαδή , το πλασμόνιο όγκου , το επιφανειακό πλασμόνιο πολαριτόνιο και το τοπικό επιφανειακό πλασμόνιο. Στην συνεχεία γίνονται παρατηρήσεις για την κβάντωση της ύλης σε πλασμονικά μέσα .Έπειτα γίνεται παρουσίαση της κβαντικής θεωρίας ηλεκτρονίων για τα πλασμόνια εστιάζοντας στο φαινόμενο της μη τοπικότητας . Ακόμα περιγράφεται το υδροδυναμικό μοντέλο Drude και η θεωρία πυκνότητας των κβαντικών πλασμονικών . Στην συνεχεία γίνεται μια σύγκριση των 2 μοντέλων για τα διμερή συστήματα . Ακόμα περιγράφεται η κβάντωση του φωτός στην πλασμονική καθώς και η ικανότητα οπτικού περιορισμού που διαθέτουν σε υποπερίθλαση και υποκυματικό μήκος . Έπειτα περιγράφονται απομονωμένοι εκπομποί συζευγμένοι με πλασμόνια , η ισχυρή και ασθενής αλληλεπίδραση και το φαινόμενο Purcell . Στην δεύτερη ενότητα με την χρήση της μεθόδου κανονικής κβάντωσης της κβαντικής μηχανικής , παρουσιάζουμε την θεωρία της κανονικής κβάντωσης του πλασμονικού πεδίου . Έπειτα γίνεται η κατασκευή της κβαντικής πλασμονικής θεωρίας με χρήση της συναρτησιακής ολοκληρωτικής μεθόδου. Ακόμα η συνάρτηση αποτελεσματικής δράσης για την αλληλεπίδραση συστήματος πλασμονίου - φωτονίου παράγεται με χρήση της κανονικής μεθόδου κβάντωσης της κβαντικής μηχανικής και έπειτα παράγεται στα πλαίσια του συναρτησιακού ολοκληρώματος . Στην τρίτη ενότητα περιγράφεται η σύζευξη κβαντικών εκπομπών σε πλασμονικούς κυματοδηγούς. Αρχικά παρουσιάζονται θεωρητικά στοιχεία και ο ρυθμός μείωσης ενός εκπομπού μέσα σε πλασμονικό τρόπο ταλάντωσης . Στην συνέχεια παρουσιάζονται πειραματικές αποδείξεις συνδέσμου του κβαντικού εκπομπού σε πλασμονικό κυματοδηγό με την χρήση κβαντικών κουκκίδων, NV κέντρου και SiV κέντρου . Τέλος παρουσιάζεται η πειραματική δομή για τον έλεγχο της σύζευξης καθώς και διάφορες συζεύξεις . Αυτές είναι η σύζευξη κβαντικής κουκκίδας με ασημένιο νανοκαλώδιο , η σύζευξη NV κέντρου με ασημένιο νανοκαλώδιο και η σύζευξη κβαντικού εκπομπού με κυματοδηγό σφήνας .