背景

Adi Salomon 教授的實驗室主要致力于了解納米級分子與光的相互作用，并構建利用光傳感分子的設備。該小組設計并制造了金屬納米結構，并利用它們通過與表面等離子體激元的相互作用來影響納米級的光。這些等離子體裝置根據納米粒子的尺寸、形狀和排列以及光的能量，將光增強并聚焦到深亞波長體積中。靠近這些熱點的分子可以經歷強烈的相互作用，從而改變其物理特性并增加信號響應，例如在表面增強拉曼散射中。

實驗室的一個項目研究了金屬表面三角形納米空腔的光傳輸的顏色和強度。通過改變兩個腔體之間的距離或控制入射場(光)的偏振態，可以精確控制光的顏色。所羅門實驗室使用金屬薄膜中銑削的不同組腔來研究分子過渡態和等離子體模式之間的混合模式，以改變相互作用強度。

使用等離激元結構，所羅門實驗室還利用等離激元結構進行實驗來控制光的二次諧波產生(SHG)。SHG 非常適合探測表面上的分子薄層以及表面上發生的分子事件。由于二次諧波的發生必須打破反演對稱性，因此觀察到的信號來自金屬表面，而不受基材主體的干擾。

挑戰

所羅門實驗室使用各種光譜方法來表征納米結構，例如陰極發光、透射和反射光譜。光譜學提供有關電場熱點位置、共振位置以及由于光偏振和設備設計變化而產生的變化的信息。然而，重要的是收集這些數據作為具有足夠空間分辨率的位置的函數。光譜信號可以通過掃描表面上的每個點來獲得，但速度相當慢且效率低。因此，所羅門實驗室正在使用透射光譜的光譜成像方法，其中跨等離子體結構的樣品區域被投影到光譜儀入口狹縫上。

光譜分辨率也是一個重要的考慮因素，特別是在考慮分子光譜時。雖然由于表面等離子體激發的壽命短，等離子體傳輸峰具有較寬的寬度，但在觀察與分子的相互作用時，分子光譜中的精細結構包含有關與電磁場的光譜耦合的信息。

IsoPlane 和 PIXIS 相機是我們實驗室用于表征等離子體結構的關鍵裝置之一的一部分。IsoPlane 使我們能夠進行無像差的光譜成像，因此可以更輕松地識別等離子體表面上的熱點。

解決方案

Salomon 實驗室實施了像差校正光譜儀(IsoPlane SCT-320和PIXIS 1024 相機)在他們的光譜成像顯微鏡設置中。該系統旨在最大限度地減少或消除限制更傳統的車爾尼-特納光譜儀設計的光學像差。減少像差可提高光譜分辨率和靈敏度，并減少尖銳光譜線的失真，因為信號聚焦在焦平面中較小的區域。同時，無像差設計提高了空間分辨率，因為來自樣品上不同點的光譜在探測器上得到了更好的分辨率。使用光譜成像方法可以更精確、更快速地表征等離子體結構中電磁場熱點的空間位置和結構。

審核編輯 黃宇