Plasmonverstärkte Licht-Molekül-Wechselwirkung in metallischen Nanostrukturen

In dieser Diplomarbeit wird die Wechselwirkung von Oberflächen Plasmon Polaritonen mit Sulforhodamin 101 Farbstoffmolekülen untersucht. Oberflächen Plasmon Polaritonen sind gekoppelte Zustände zwischen elektromagnetischen Feldern und quasi-freien Elektronen, die an der Grenzfläche zwischen Metallen und Dielektrika angeregt werden können. Im ersten Teil der Arbeit werden die Eigenschaften von Oberflächen Plasmon Polaritonen, die mit einer Prismen-Kopplungstechnik (Kretschmann-Konfiguration) an der Grenzfläche zwischen einem Silberfilm und Luft mit TM-polarisiertem weißen Licht angeregt werden können, diskutiert. Die elektromagnetischen Felder im Schichtsystem und das reflektierte Spektrum wurden mit der Transfermatrixmethode berechnet. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Kopplung von Oberflächen Plasmon Polaritonen mit Sulforhodamin 101 Farbstoffmolekülen untersucht. Dafür wird eine, sich auf dem Silberfilm in der Kretschmann-Konfiguration befindende Schicht, die Sulforhodamin 101 Moleküle enthält angenommen. Koppeln Oberflächen Plasmon Polaritonen mit den durch die Oberflächen Plasmon Polaritonen verursachten Anregungen der Sulforhodamin 101 Moleküle, führt das zu neuen Hybrid-Moden. Bei starker Kopplung ist eine Aufspaltung der Dispersion in Dispersionsäste, das sogenannten Rabisplitting, sichtbar. Um das Kopplungsverhalten in Abhängigkeit von der Molekülkonzentration in der Schicht zu untersuchen, wurden für sechs Szenarien mit steigender Molekülkonzentration die Dispersionsrelationen mit einem Oszillatormodell, sowie die reflektierten Spektren und die elektromagnetischen Felder mit der Transfermatrixmethode berechnet.The aim of this thesis is to study the interaction between surface plasmon polaritons and Sulforhodamine 101 dye molecules. Surface plasmon polaritons are coupled states of electromagnetic fields and quasi-free electrons which can be excited at the interface between metals and dielectric materials. In the first section of this thesis the characteristics of surface plasmon polaritons, that can be excited at the interface between a silver film and air with TM-polarized white light by using a prism coupling technique (Kretschmann configuration), are discussed. The transfer matrix method is used to calculate the reflected spectrum and the electromagnetic fields in the multilayer structure. In the second part of the thesis coupling between surface plasmon polaritons and Sulforhodamine 101 dye molecules is studied. For this purpose a modified Kretschmann configuration is used, in the configuration the thin silver layer is covered with Sulforhodamine 101 molecules embedded in a dielectric material. The molecules can be excited by the surface plasmon polaritons. The coupling of surface plasmon polaritons and molecular excitations leads to new hybrid modes. For strong coupling an anticrossing of the dispersion curves can be seen. The Rabi splitting depends on the number of Sulforhodamine 101 molecules involved in the coupling process. To examine the coupling properties, the dispersion relations, the reflected spectra and the electromagnetic fields were calculated for six scenarios with increasing molecule concentration in the dielectric material.vorgelegt von Rosa DennigAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZsfassungen in dt. und engl. SpracheGraz, Univ., Dipl.-Arb., 2014(VLID)33682