光子带隙调制下发光体间的能量传递过程.pdfVIP

型重查篁!王堂堕塑 垄 堡 量箜 堡 文章编号 ：1001—9731(2013)20—2931—05 光子带隙调制下发光体间的能量传递过程 刘震东 ，杨正文 ，李 勃。，周 济 (1．清华大学 材料科学与工程系 ，新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室 ，北京 100084； 2．昆明理工大学 材料科学与工程学院，云南 昆明 650093； 3．清华大学 深圳研究生院，新材料研究所 ，广东 深圳 518055) 摘 要： 光子晶体具有光子带隙和光子局域等特有 为发展新型高效发光材料提供依据 。 性质 ，光物理过程在光子带隙调制下产生新的现象特 针对这一问题 ，围绕光子带隙的调制机制 ，设计开 点为制备新型光电材料提供 了可能。通过对光子带隙 展了一系列实验 。通过制备嵌入发光体 的光子 晶体 ， 调制作用 的机理探 讨 ，设计制备蛋 白石及反 蛋 白石结 利用荧光光谱及荧光寿命等表征手段 ，对光子带隙调 构光子 晶体 。对其 中发光体的荧光光谱和给体 荧光寿 制能量传递过程的现象和原因进行 了研究。 命的实验研 究表明，当光子带 隙频段与能量传递过程 2 调制理论与机制 中给体的发射光谱相重叠 ，能量传递过程将得到增强。 关键词 ： 光子晶体 ；光子带隙 ；能量传递；调制作用 能量传递即激发能量在发光中心间跃迁传递的过 中图分类号： O734 文献标识码 ：A 程 ，对其机制以及理论模型的研究开展较早 。FOrster DOI：10．3969／i．issn．1001—9731．2013．2O．006 和 Dexter最早分别提出针对不同情况 的能量传递理 论模型 。F．W．Cummings将能量传递过程推广到 了 l 引 言 多个原子的系统当中，研究 了N原子系统 中的自发辐 光子晶体 (photonicscrystals，简称 PCs)或称为光 射 ，推导了在高能级上布居数 的分布与跃迁概率 ]。 子带 隙(photonicbandgap，简称 PBG)材料是介 电常 在实验方面 ，高效率发光材料成为能量传递过程最集 数不 同的介质材料在空 间中周期性分布所形成 的结 中应用研究的领域 ，包括吸收光谱与发射光谱 的频移 构 。1987年 ，Yablonoviteh和 S．John各 自从理论 上 现象，稀土离子共掺杂体系中的敏化发光现象等 ]。 提出了光子 晶体的概念口]，其后光子晶体 由于其独特 而光子带隙调制能量传递是一个更为复杂 的过 的性质而 引起物理、电子、材料等专业学者 的广泛 兴 程 。在光子晶体研究早期 ，S．John对带隙调制下的光 趣。由于空间中折射率 的周期变化 ，光子在光子晶体 电过程进行了系统 的理论研究 ，其 中关于光子带 隙调 中的传播受到调制 ，能带之间出现带隙，即光子带 隙。 制下的偶极一偶极共振相互作用 的讨论具有启发意 光子晶体所具有与其带隙波长尺度相近的介 电周期 义 [4]。在实验方面 ，KiyoshiSlibata等报道 了在结 晶 场 ，使得光物理过程和光 电性质在光子带隙调制下出 化 siO 胶体阵列中罗丹明 11o和罗丹明B之问的辐 现新 的特点l_3“]。因此，光子晶体当中的物理过程包括 射能量传递情况 ¨1。对于嵌入光子 晶体 的 Cy3和 自发辐射 、能量传递等光 电过程 ，成为研究 的重点方 Cy5这两种染料种也有类似现象，当给体 Cy3的发射 向。 峰和光子带隙重叠时 ，染料之间的荧光谐振能量传递 能量传递 (energytransfer)是发光过程中的一