Modifying fluorescence of single quantum emitters: single dye molecules and SiO2 nanoparticles in a tunable subwavelength microcavity

Abstract

In dieser Arbeit untersuchen wir die kontrollierte Änderung der Strahlungsübergangsrate und des Fluoreszenzspektrums eines einzelnen Farbstoffmoleküls und SiO2-Nanopartikels (NP) durch Einbetten in eine durchstimmbare plane Mikrokavität mit Subwellenlängenabstand. Wir haben ein theoretisches Modell entwickelt und finden hervorragende Übereinstimmungen zwischen theoretischen Voraussagen und experimentellen Ergebnissen. Während die Fluoreszenz einzelner Farbstoffmoleküle in Glas-Luft-Grenzfläche (d.h. im freien Raum) sehr gut bekannt ist, sind die Einzelheiten der optischen Eigenschaften individueller SiO2-NP immer noch unklar. Daher widmet sich ein Teil dieser Arbeit der Untersuchung ihrer Fotolumineszenz im freien Raum. Einleitend präsentieren wir die Konstruktion der durchstimmbaren Mikrokavität, die für die Messungen verwendet wurde.

In this thesis we study controlled modification of the radiative transition rate and fluorescence spectrum of a single dye molecule and SiO2 nanoparticle (NP) by embedding it within a tunable planar microcavity with subwavelength spacing. We develop a theoretical model and find excellent agreement between theoretical prediction and experimental results. Whereas fluorescence of single dye molecules in glass-air confinement (i.e., in free space) is fairly well known, the details of optical properties of individual SiO2 NPs are still unclear. Therefore, a part of this thesis is dedicated to investigation of their photoluminescence in free space. In introduction of the thesis we present a tunable microcavity construction, which has been used for the measurements.