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Optische Detektionsverfahren in der Sensorik

Resonanzbedingung für Oberflächenplasmonen

Oberflächenplasmonen werden durch eine Kopplung des einfallenden Lichtimpulses k mit dem Impuls der entstehenden Plasmonen angeregt. Die parallel zur Einfallsebene liegende Komponente des Impulses, k x , wird auf das Oberflächenplasmon übertragen.

Abb.1

Bei der Anregung von Oberflächenplasmonen durch Licht müssen Impuls- und Energieerhaltung gelten, d.h. die Dispersionskurven von anregendem Licht und Oberflächenplasmonen müssen sich schneiden, damit Photonen und Plasmonen mit gleicher Energie und gleichem Impuls existieren können. Dies ist für nichtstrahlende Oberflächenplasmonen an der Grenzfläche von Medium 1 und 2 und anregendem Licht im Medium 1 nicht möglich, denn für Lichteinfall parallel zur Metalloberfläche verläuft die Lichtgerade (blau) tangential zur Dispersionskurve, für kleinere Einfallswinkel im hellblauen Bereich.

Abb.2

Um die Steigung der Lichtgeraden zu verringern, wählt man ein hochbrechendes Medium 3, in dem sich das Licht ausbreitet. Die Oberflächenplasmonen werden dann über das evaneszente Feld des an der Grenzfläche von Medium 3 totalreflektierten Lichts angeregt. Anregung ist möglich am Schnittpunkt von Lichtgerade und Dispersionskurve der Oberflächenplasmonen (roter Kreis), für kleinere Einfallswinkel im gesamten dunkel gefärbten Bereich.

Abb.3

Im Prinzip gibt es zwei Anordnungen für die Medien 1, 2 und 3, die Otto-Konfiguration und, für sehr dünne Metallfilme, die Kretschmann-Konfiguration.

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