【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及量子發光體表征，具體公開了一種利用掃描近場熒光壽命成像技術表征量子發光體偶極結構及取向的系統和方法。
技術介紹
1、量子發光體具有廣泛應用，例如，量子發光體與微納光學結構高效耦合可實現高品質的片上集成量子光源，量子發光體作為熒光標記物可進行熒光成像，利用多個量子發光體之間的耦合可實現量子計算和模擬。這些方面的應用均涉及到量子發光體的偶極結構信息的獲取及偶極取向的操控，因此，對量子發光體的偶極結構及取向的準確表征具有非常重要的意義。
2、一般地，室溫量子發光體的偶極結構及取向可由一個三維偶極模型來描述。該三維偶極模型由三個相互垂直的線性偶極子d1,d2,d3非相干疊加構成。當只考慮偶極矩的相對大小時，需要五個獨立的參數(α,β,θ1,φ1,φrot)來描述三維偶極模型，其中和表示了三個線性偶極子d1,d2,d3之間的相對比例,θ1和φ1表示偶極子d1的取向，φrot表示d2在垂直于d1的平面內旋轉的角度。
3、當前，量子發光體的偶極結構及取向的表征方法主要包括熒光偏振分析、熒光離焦成像擬合和熒光后焦面成像擬合等。這些方法都是基于量子發光體熒光的遠場輻射信息，存在以下弊端：遠場信息很容易受到量子發光體周圍環境的影響，例如襯底等都可能會改變遠場特性；熒光信息在傳輸到遠場的過程中，還容易受到光路、實驗裝置的影響，使得最終的遠場信息發生畸變；同時相機的成像精度也會大大限制成像的素質。這些因素使得難以利用遠場輻射信息精準擬合量子發光體的三維偶極模型。因此，實際測量中往往需要對量子發光體的三維偶極模型進行
技術實現思路
1、本專利技術的技術問題在于提供一種能夠準確表征量子發光體三維偶極結構及取向的系統和方法。
2、為解決上述問題，本專利技術首先提供一種量子發光體偶極結構及取向的表征系統，包括：
3、量子發光體樣品固定組件，用于固定待測量子發光體樣品；
4、熒光激發、熒光探測及熒光壽命測量組件，用于激發待測量子發光體、探測量子發光體熒光以及分析量子發光體熒光壽命；
5、掃描近場光學探針組件，用于在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描，通過purcell效應使待測量子發光體的熒光壽命發生變化，記錄各個掃描空間位置點處對應的熒光壽命，得到熒光壽命分布；
6、掃描近場光學探針控制組件，用于控制所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體樣品周圍作三維空間移動；
7、數據處理模塊，發揮以下作用：對實驗得到的熒光壽命分布數據進行處理，得到purcell因子分布；數值仿真模擬待測量子發光體為任意偶極結構及取向參數時的purcell因子分布；通過擬合確定偶極結構及取向參數，使數值仿真模擬的purcell因子分布與實驗測得的purcell因子分布最相符。
8、可選的，所述掃描近場光學探針組件包括介質納米針尖和位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構。
9、可選的，所述介質納米針尖為錐形光纖尖端或原子力顯微鏡探針。
10、可選的，所述錐形光纖尖端的端面直徑為50至500納米。
11、可選的，所述位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構為金屬納米顆粒，所述金屬納米顆粒通過化學粘附劑裝載到所述介質納米針尖端面上。
12、可選的，所述金屬納米顆粒為球形金納米顆粒。
13、可選的，所述球形金納米顆粒半徑為20至50納米。
14、可選的，所述量子發光體樣品固定組件包括透明基片和二氧化硅納米球，所述二氧化硅納米球固定在所述透明基片表面，待測量子發光體被包覆在所述二氧化硅納米球內。
15、可選的，所述二氧化硅納米球的半徑為10到30納米。
16、可選的，所述二氧化硅納米球通過有機高分子薄膜固定于透明基片表面，所述有機高分子薄膜的厚度為4到8納米。
17、本專利技術同時提供基于上述表征系統的量子發光體偶極結構及取向的表征方法，包括以下步驟：
18、用所述量子發光體樣品固定組件固定待測量子發光體；
19、用熒光激發、熒光探測及熒光壽命測量組件激發待測量子發光體、探測量子發光體熒光以及分析量子發光體熒光壽命；
20、掃描近場光學探針控制組件控制所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描；所述掃描近場光學探針組件通過purcell效應使待測量子發光體的熒光壽命發生變化，記錄各個掃描空間位置點處對應的量子發光體熒光壽命，得到熒光壽命分布；
21、用所述數據處理模塊對實驗數據進行處理，得到purcell因子分布；用所述數據處理模塊數值仿真模擬待測量子發光體為任意偶極結構及取向參數時的purcell因子分布；用所述數據處理模塊擬合確定偶極結構及取向參數，使數值仿真模擬的purcell因子分布與實驗測得的purcell因子分布最相符，即得到待測量子發光體三維偶極結構及取向。
22、可選的，所述量子發光體樣品固定組件固定待測量子發光體，其方式為：所述量子發光體樣品固定組件包括透明基片和二氧化硅納米球，待測量子發光體被包覆在所述二氧化硅納米球的中心，所述二氧化硅納米球通過有機高分子薄膜固定在所述透明基片表面。
23、優選的，所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描，其方式為：所述掃描近場光學探針組件包括介質納米針尖和位于介質納米針尖端面上的一顆球形金納米顆粒，待測量子發光體被包覆在一顆二氧化硅納米球的中心，所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描時，所述球形金納米顆粒緊貼所述二氧化硅納米球的表面運行。
24、本專利技術與現有技術相比，主要有以下幾個優點：
25、1.本專利技術采用量子發光體的熒光壽命變化信息來表征量子發光體的偶極結構及取向，相比傳統的利用熒光強度分布信息的方法，具有更好的魯棒性，不會受到光路、實驗裝置以及相機分辨率等因素的影響。
26、2.本專利技術提出的近場掃描表征方法基于近場信息，不受光學衍射極限的影響，分辨率更高。
27、3.本專利技術無需預先了解待測量子發光體樣品的偶極子模型，而是直接采用普適的三維偶極子模型進行描述，因此適用于各種偶極子結構的精確表征。
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1.一種量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述掃描近場光學探針組件包括介質納米針尖和位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構。
3.根據權利要求2所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述介質納米針尖為錐形光纖尖端或原子力顯微鏡探針。
4.根據權利要求3所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述錐形光纖尖端的端面直徑為50至500納米。
5.根據權利要求2所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構為金屬納米顆粒，所述金屬納米顆粒通過化學粘附劑裝載到所述介質納米針尖端面上。
6.根據權利要求5所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述金屬納米顆粒為球形金納米顆粒。
7.根據權利要求1所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述量子發光體樣品固定組件包括透明基片和二氧化硅納米球，所述二氧化硅納米球固定在所述透明基
8.根據權利要求7所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述二氧化硅納米球通過有機高分子薄膜固定在所述透明基片表面，所述有機高分子薄膜的厚度為4到8納米。
9.一種基于權利要求1所述的表征系統的量子發光體偶極結構及取向的表征方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的量子發光體偶極結構及取向的表征方法，其特征在于，所述量子發光體樣品固定組件固定待測量子發光體，其方式為：所述量子發光體樣品固定組件包括透明基片和二氧化硅納米球，待測量子發光體被包覆在所述二氧化硅納米球的中心，所述二氧化硅納米球通過有機高分子薄膜固定在所述透明基片表面。
11.根據權利要求9所述的量子發光體偶極結構及取向的表征方法，其特征在于，所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描，其方式為：所述掃描近場光學探針組件包括介質納米針尖和位于介質納米針尖端面上的一顆球形金納米顆粒，待測量子發光體被包覆在一顆二氧化硅納米球的中心，所述掃描近場光學探針組件在待測量子發光體周圍進行三維空間掃描時，所述球形金納米顆粒緊貼所述二氧化硅納米球的表面運行。
...【技術特征摘要】
1.一種量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述掃描近場光學探針組件包括介質納米針尖和位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構。
3.根據權利要求2所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述介質納米針尖為錐形光纖尖端或原子力顯微鏡探針。
4.根據權利要求3所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述錐形光纖尖端的端面直徑為50至500納米。
5.根據權利要求2所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述位于介質納米針尖端面上的金屬納米結構為金屬納米顆粒，所述金屬納米顆粒通過化學粘附劑裝載到所述介質納米針尖端面上。
6.根據權利要求5所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述金屬納米顆粒為球形金納米顆粒。
7.根據權利要求1所述的量子發光體偶極結構及取向的表征系統，其特征在于，所述量子發光體樣品固定組件包括透明基片和二氧化硅納米球，所述二氧化硅納米球固定在所述透明基片表面，待測量子發光體被包覆在所述二氧化硅納米球內，所述二...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐建偉，田朝華，王志遠，馬天梓，陳學文，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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