Physics of surface plasmon resonance

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Location:
P1 Ark S80

Authors

Date

2005

Department

Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto

Major/Subject

Mittaustekniikka

Mcode

S-108

Degree programme

Language

en

Pages

68

Series

Abstract

Pintaplasmoniresonanssi (engl. surface plasmon resonance, SPR) on ilmiö, joka esiintyy tietyissä metallipinnoissa, tyypillisesti kullassa ja hopeassa, kun metallin vapaat elektronit kytkeytyvät virittävän valon fotonien kanssa. Pintaplasmonit ovat sähkömagneettisia aaltoja, joilla on intensiteettimaksimi rajapinnassa ja jotka vaimenevat eksponentiaalisesti kohtisuorassa rajapintaa vastaan. Resonanssi viritetään useimmiten käyttäen vaimennetun kokonaisheijastuksen komponenttia, tavallisimmin prismaa, joka on päällystetty metallikerroksella. Ilmiö voidaan havaita suoraviivaisesti, sillä tietyillä valon tulokulmilla heijastuneen valon intensiteetti pienenee resonanssin seurauksena. Resonanssiolosuhteet ovat hyvin herkkiä ympäristön taitekerroinmuutoksille, minkä vuoksi SPR-laitteet ovat hyödyllisiä erilaisissa anturisovelluksissa. Tässä työssä käsitellään pintaplasmoniresonanssiin liittyvää fysiikkaa. Pintaplasmonien etenemisominaisuudet ja taajuus ovat mielenkiinnon kohteina, samoin plasmonien kytkeminen valon kanssa useita eri menetelmiä käyttäen. Resonanssin käyttäytymistä simuloidaan numeerisesti, jotta saataisiin tarkempaa tietoa ilmiöstä. Pintaplasmoniresonanssiin liittyy myös monia mielenkiintoisia ominaisuuksia ja sovelluksia joita tässä työssä käsitellään. Esimerkiksi pintaplasmonimikroskopia on anturien ohella yksi tärkeimmistä SPR:n sovelluksista sen erinomaisten kontrastiominaisuuksien ansiosta. Pintaplasmoneita esiintyy myös pallomaisissa metallisissa nanomittakaavan partikkeleissa. Tätä niin kutsuttua paikallista SPR ilmiötä voidaan hyödyntää esim. pienoissensoreissa sekä mahdollisesti tulevaisuudessa fotoniikan komponenteissa. Työn kokeellisessa osassa mitataan pintaplasmonien virittymistä ohuessa, 50 nm paksussa kultakalvossa käyttäen prismaa valon kytkemiseen ja valonlähteenä 635 nm:n aallonpituudella toimivaa diodilaseria. Mitattujen SPR-käyrien muodot vastaavat hyvin simuloituja käyriä.

Description

Supervisor

Tittonen, Ilkka

Thesis advisor

Kimmelma, Ossi

Keywords

surface plasmon resonance, pintaplasmoniresonanssi, attenuated total reflection, vaimennettu kokonaisheijastus, dispersion relation, dispersiorelaatio, surface plasmon microscopy, pintaplasmonimikroskopia, metallic nanoparticle, metalliset nanopartikkelit

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120451330

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK