Determination of the Surface Plasmons Polaritons extraction efficiency from a self-assembled plasmonic crystal
我们实验测量和分析描述的荧光增强通过沉积到金等离子体晶体，通过金沉积在自组装蛋白石上获得的宏观尺寸的二维光栅的CdSe/CdS纳米晶体。我们发现纳米晶体近场耦合到金表面等离子体激元（SPP），然后光栅诱导SPP再发射到远场的证据。我们开发了一个理论框架和一个原始的方法，以评估，从光致发光实验，光栅的SPP提取效率。
2013-11-10 physics.optics
Plasmonic grating for circularly-polarized out-coupling of waveguide-enhanced spontaneous emission
本研究针对金属等离子体结构的焦耳损耗问题，实验验证了介质波导上的等离子体纳米颗粒阵列可实现圆偏振光的定向耦合，GaAs波导嵌入量子点的出耦合辐射圆偏振度达80%，为集成器件提供了高效耦合方案。
2022-02-28 physics.optics
Enhanced spontaneous down-conversion in a nonlinear crystal embedded with plasmonic-quantum emitter hybrid structures
通过路径干涉效应，即Fano共振，控制纳米结构的非线性响应已被广泛研究。在这样的材料中，已经考虑了在热点附近发生的频率转换过程。在这里，我们研究一个不同的案例。频率转换过程沿着非线性晶体的主体发生。金属纳米粒子-量子发射体二聚体通过引入干扰转换路径来控制在整个晶体中发生的下转换过程。二聚体作为相互作用中心。我们表明，2个数量级的增强是可能的，超出了由于本地化效应的增强。该因子乘以由于场局部化而发生的增强。
2020-03-23 physics.optics
Spontaneous emission in the presence of a spherical plasmonic cloak
研究了置于等离子体斗篷附近的二能级原子的自发发射。在偶极近似下，我们证明了只要原子发射频率在等离子体斗篷频率工作范围内，自发发射率可以降低到真空值。考虑到等离子体隐身设备的当前状态，对于许多原子物种来说，这个条件可能会得到满足，因此我们认为具有足够强跃迁的原子可以用作等离子体隐身效率的量子局部探针。
2012-10-15 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Spontaneous emission, collective phenomena and the efficiency of plasmon-stimulated photo-excitation
研究了自发和集体辐射对等离激元增强吸收的影响，发现其限制了吸收增强，仅在快速皮秒弛豫时才可实现，并揭示了高场强下的双稳态现象。
2024-07-24 physics.optics
Spontaneous emission and collection efficiency enhancement of single emitters in diamond via plasmonic cavities and gratings
我们展示了一种基于等离子体孔径和光栅的方法，以提高金刚石中单个NV中心的辐射衰减率，同时提高其收集效率。我们的结构是基于金属谐振器周围的亚波长金刚石纳米柱与银膜，这可以提高嵌入的NV中心的自发发射率形成。然而，由于表面等离子体激元的损失和金刚石-空气界面处的反射，发射光子的收集效率仍然很低。在这项工作中，我们将光栅结构纳入等离子体腔系统，以减轻光子损失到这些通道。
2013-08-02 physics.optics quant-ph
Chiral Spontaneous Photon-Pair Generation with Plasmonic Bound States in the Continuum
针对SPDC光子源效率低、偏振不可控的问题，本研究提出一种利用准连续域束缚态（qBIC）共振的新型手性等离子体超表面，可高效产生圆偏振纠缠单光子对，为量子计算与通信提供紧凑型可集成量子源。
2025-07-27 physics.optics
Modal theory of modified spontaneous emission for a hybrid plasmonic photonic-crystal cavity system
我们提出了一个分析模式描述的丰富的物理混合等离子体-光子器件，证实了麦克斯韦方程组的全偶极解。预测了耦合到这些混合结构的量子偶极发射体的自发发射衰减率具有很强的频率依赖性。特别是，它示出的Fano型共振实验报告的混合等离子体激元系统中，从一个非常大的干扰之间的主导准正规模式的系统在感兴趣的频率范围内。所提出的模型形成了一个有效的基础，在这些复杂的混合系统中的量子光-物质相互作用的建模，也使非辐射耦合损耗的定量预测和理解。
2016-06-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Theoretical investigation of the spontaneous emission on graphene plasmonic antenna in THz regime
本文对二聚体石墨烯等离子体天线附近偶极发射源的发射和辐射特性进行了理论研究。通过使用基于格林第二恒等式的严格电磁方法计算了由改变发射体的位置和其偶极矩的取向引起的辐射和量子效率的修改。由于在4THz至15THz的光谱区域中与天线表面等离子体激元的耦合，发生发射器的发射和辐射的大增强。我们的研究结果表明，辐射效率可以提高四个数量级，量子效率达到接近0.8的值时，发射频率与共振偶极频率之一。另一方面，对于给定的发射器位置，在特定频率下，这些量可以在很大程度上减少。我们提出了近场分布和远场强度的计算，揭示了等离子体天线共振在发射增强辐射的作用。我们表明，辐射增强的光谱区域可以在很宽的范围内选择，通过改变石墨烯的化学势从0.2eV到1eV。
2018-08-09 physics.optics
Spontaneous and Stimulated Electron-Photon Interactions in Nanoscale Plasmonic Near Fields
我们展示了空间分辨测量的自发和受激电子-光子相互作用在纳米级光学近场使用电子能量损失谱（EELS），阴极发光光谱（CL），光子诱导近场电子显微镜（PINEM）。具体来说，我们研究共振表面等离子体模式，被紧紧地限制在一个金nanostar的尖端顶点，使直接相关的EELS，CL，和PINEM在相同的物理结构在纳米长度尺度。补充数值电磁边界元方法计算，我们讨论了自发和受激电子-光子相互作用强度和空间依赖性的EELS，CL和PINEM分布。我们表明，在一个孤立的尖端模式的限制，在电子近场耦合的空间变化完全由模式电场的配置文件，无论是自发的（在EELS和CL）或受激的性质（在PINEM）的过程。然而，我们表明，耦合到尖端模式至关重要地取决于入射电子的能量与最大值在几千电子伏，取决于接近的相互作用的尖端顶点。我们的研究结果提供了基本的见解自发和受激电子-光-物质在纳米尺度上的相互作用，具有关键意义的研究（量子）相干光学现象的电子显微镜。
2020-08-24 physics.optics
Controlling spontaneous emission with plasmonic optical patch antennas
我们实验证明了控制的自发发射率和辐射模式的胶体量子点确定性地定位在等离子体贴片天线。该天线由一个薄的金微盘30 nm以上的厚金层。所示的发射器辐射通过整个贴片天线在一个高度定向和垂直的辐射模式。观察到强烈的加速自发发射，取决于天线的大小。考虑到发射器的双偶极结构，这对应于垂直于盘的偶极的Purcell因子高达80。
2012-09-28 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Two-photon spontaneous emission in atomically thin plasmonic nanostructures
在少光子水平上利用光-物质相互作用的能力在量子技术中起着关键作用。单光子-光的最基本状态-可以在原子和固态发射器中按需产生。双光子态也是关键的量子资产，但在单个发射器中实现它们是具有挑战性的，因为它们的生成速率比竞争性的单光子过程慢得多。我们证明了原子薄的等离子体纳米结构可以利用双光子自发发射，从而产生巨大的远场双光子生产，丰富的共振模式，使定制的光子和等离子体纠缠态，等离子体辅助的单光子创建数量级比标准的单光子发射更有效。我们解开的双光子自发发射渠道，并显示其谱线的形状出现从一个复杂的相互作用之间的法诺和洛伦兹共振。二维纳米结构中增强的双光子自发发射为片上量子信息处理和自由空间量子通信开辟了另一种有效的光-物质纠缠源。
2020-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spontaneous decay of a quantum emitter near a plasmonic nanostructure
我们发展了一个位于金属-电介质结构附近的量子发射体（QE）的自发衰变理论，该结构支持局域表面等离子体。如果等离子体共振被调谐为接近QE发射频率，则由于从QE到局部等离子体模式的能量转移，随后通过等离子体天线进行光子发射，发射被增强。发射速率取决于等离子体激元与辐射场的耦合和金属中欧姆损耗之间的密切相互作用。在这里，我们开发的等离子体激元格林函数的方法，包括等离子体激元与辐射的相互作用，以获得显式表达式的辐射衰减率和光学极化率的局部等离子体激元模式在任意的等离子体激元纳米结构。在这种方法中，我们通过将其与等离子体激元模式密度（其表征等离子体激元场限制）相关来提供等离子体激元模式体积的一致定义，并恢复标准腔形式的Purcell因子，但现在用于等离子体激元系统。我们表明，QE放置在一个小的金属纳米结构的尖锐尖端附近的“热点”，等离子体激元模式的体积与金属体积的比例，同时非常敏感的接近尖端。最后，我们推导出任何纳米等离子体系统的辐射功率谱的增强因子，并将其与自发衰变率的Purcell因子联系起来。我们说明了我们的研究结果，位于金纳米棒尖端附近的QE的数值例子。
2022-10-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hot Carrier extraction with plasmonic broadband absorbers
从金属纳米结构中提取热载流子在光催化、光化学和光探测等领域有着广泛的应用前景。一个限制是许多金属纳米结构支持单个等离子体共振，因此将光-电荷-载流子活性限制在光谱带。在这里，我们证明了单层的等离子体纳米粒子可以组装在一个多叠层的分层配置，以实现宽带，近单位的光吸收，这是空间定位在纳米粒子层。我们表明，这种增强的吸光度导致$\sim$ 40倍的增加，在光子-电子转换效率的等离子体纳米结构。我们开发了一个模型，成功地捕捉到这些结构中的等离子体激元热电子电荷产生和分离的基本物理。该模型还使我们能够建立有效的热载流子提取仅限于具有高于肖特基结能量的光子和金属纳米颗粒的局部光吸收重叠的光谱区域。
2016-01-13 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Efficient single-photon pair generation by spontaneous parametric down-conversion in nonlinear plasmonic metasurfaces
自发参量下转换（SPDC）是产生纠缠关联单光子对的最常用的非线性光学技术之一。然而，它的效率非常差，导致极弱的光子产生速率。在这里，我们提出了一个等离子体超颖表面设计的基础上银纳米条纹结合散装铌酸锂（LiNbO3）晶体，实现一个新的可扩展的，可扩展的，高效的SPDC源。通过使超颖表面的基本和更高阶谐振分别与所生成的信号和空闲频率一致，非线性介质中的电场被显著地增强。这导致了SPDC过程的显著增强，随后，通过使用量子经典对应原理，SPDC过程转化为非常高的光子对产生速率。与相关的电介质结构相反，发射的辐射是高度定向的并且垂直于超颖表面。圆偏振激发的结合进一步增加了光子对产生效率。所提出的工作将导致设计在室温下工作的新的有效的SPDC单光子纳米光子源，预计将成为自由空间量子光通信的关键部件。在更广泛的背景下，我们的研究结果可以在量子等离子体激元学的新兴领域中找到各种应用。
2021-11-18 physics.optics quant-ph
Optically Thin Metallic Films for High-radiative-efficiency Plasmonics
等离子体激元技术使光的深亚波长集中成为可能，并且对于基础研究以及实际应用已经变得重要。等离子体激元的两个主要现有平台是金属纳米颗粒和金属膜。金属纳米颗粒允许有效耦合到远场辐射，但它们的合成通常导致材料质量差。金属薄膜提供了高质量的材料，但由于与自由空间的大动量失配，它们与辐射的耦合通常会受到危害。在这里，我们提出并从理论上研究光学薄金属薄膜作为一个理想的平台，高辐射效率的等离子体。对于远场散射，添加薄的高质量金属衬底能够实现更高的品质因数，同时保持纳米颗粒提供的定位和可调谐性。对于近场自发发射，高质量或非高质量的薄金属衬底极大地改善了发射器环境与传播表面等离子体之间的场重叠，从而即使在间隙尺寸消失（3 $\sim$ 5 nm）时也能够实现高Purcell（总增强> $10^4$）、高量子产率（> 50%）自发发射。该增强具有几乎空间独立的效率，并且不遭受通常存在于先前结构中的淬灭效应。
2016-06-14 physics.optics
Shaping the fluorescent emission by lattice resonances in plasmonic crystals of nanoantennas
我们表明，在纳米天线或等离子体激元晶体的周期性阵列附近的荧光分子的光的发射可以强烈修改时，由介电膜覆盖的阵列。局域表面等离子体共振和光子态之间的耦合导致表面模式，这增加了光学态密度并改善了光提取。受激染料分子优先辐射衰减到这些模式，表现出增强和定向发射。
2009-01-13 physics.optics
Noise reduction in plasmonic amplifiers
表面等离子体激元放大提供了克服金属中的强吸收和设计用于片上光子电路的真正纳米级器件的可能性。但在增益介质中受激发射的过程不可避免地伴随着自发发射，大大增加了噪声功率。在这里，我们提出了一种有效的策略，用于等离子体放大器中的噪声降低，这是基于沿放大器的增益再分配。我们发现，即使是非常小的增益再分配（~3%）给出了可能性，增加约100%的信噪比，并提高了几个数量级的误码率。
2018-05-15 physics.optics
A Spontaneously Formed Plasmonic-MoTe2 Hybrid Platform for Ultrasensitive Raman Enhancement
开发高灵敏度、稳定性和可重复性的表面增强拉曼散射（SERS）基底是分析检测的关键，这对传统的金属结构是一个挑战。本文中，通过利用1 T '过渡金属碲化物的高表面活性，我们通过简单的方法在1 T' MoTe 2原子层上原位自发制备了高密度的金纳米颗粒（AuNPs），形成等离子体-二维材料混合SERS基底。这种AuNP的形成是1 T '相所特有的，其在具有较小表面活性的2 H MoTe 2中被抑制。该混合结构产生电磁和化学增强的耦合效应，以及优异的分子吸附，导致超灵敏（4*10^-17 M）和可重复的检测。此外，极大地避免了荧光和光漂白现象。柔性SERS带已在实际应用中得到证实。我们的方法有利于通过一种简单的方法进行超灵敏的SERS检测，以及更好地理解等离子体效应之外的SERS机制。
2021-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Plasmonic Nanoantennas for Efficient Control of Polarization-Entangled Photon Pairs
我们提出了一种基于单量子点驱动的十字形等离子体纳米天线的偏振纠缠光子对的新光源。纳米天线与金属镜的集成克服了微腔和基于微腔的架构的典型的自发发射（SE）增强和提取效率之间的基本折衷。在1.55 μ m处具有非常高的纠缠光子提取效率（~90%），在330 nm的宽光谱范围内具有很大的SE增强（~90），所提出的设计将为可靠的非经典光集成光源铺平道路。
2012-06-22 physics.optics quant-ph
Role of Rabi oscillations in radiative states due to the fully absorbing smaller plasmonic nanoparticles
由于发射体与其他共振物体的弱耦合（珀塞尔效应）而产生的修改的辐射和非辐射状态可以被重新塑造为光子路径的量子干涉，其定义了物体的经典散射和吸收。当耦合更强时，代表（拉比振荡或）来自激发物体的光子可能被基态发射体再吸收的额外路径必须包括在量子干涉中。这些额外的拉比路径的光子上的辐射状态和自发发射的效率的影响，可以近似使用一个简单的一环校正弱耦合近似。这种效应在由于尺寸小于10 nm的极小的非散射（或完全吸收）金属纳米颗粒导致的发射的异常增强中尤其明显。扩展这些校正的集体模型的自发发射，其中包括多个发射器和这样的非常小的金属纳米粒子耦合到彼此，拉比路径的辐射衰减在这样的散装材料的大的贡献被阐明。
2022-03-11 physics.optics
Asymmetric Cherenkov Emission in a Topological Plasmonic Waveguide
在这里，我们调查切伦科夫发射的一个阵列的运动电荷在附近的拓扑非平凡的回转材料。它示出的非互易材料响应可能会导致在一个强大的不对称切伦科夫发射，这样的发射辐射的光谱和阻止功率强烈依赖于粒子速度的符号。结果表明，主要的发射通道是由拓扑材料支持的单向边态决定的。我们认为作为例子，磁化等离子体和外尔半金属。后者可以在没有偏置磁场的情况下表现出自发的非互易响应。
2018-06-20 physics.optics
Enhanced lasing action and spontaneous emission in periodic plasmonic nanohole arrays
在支持表面等离子体共振的薄金属膜中的空气纳米孔的周期性阵列可以提供一种在纳米尺度上增强光-物质相互作用的替代方法。事实上，纳米孔阵列近年来因其在生物传感、光发射增强和光谱学中的应用而引起了极大的兴趣。然而，纳米孔阵列在新兴技术中的大规模使用需要新的低成本制造技术。在这里，我们展示了一个简单的技术来制造纳米孔阵列，并研究其光子应用。与复杂且最常用的电子束光刻技术相比，通过使用遮蔽纳米球光刻技术和电子束沉积的简单组合来制造纳米孔的六边形阵列。这些阵列被示出为提供具有高于150的品质因数的有机染料液体增益介质的激光发射的增强。另外，对于CdSe量子点集成纳米孔阵列，观察到Purcell因子增加7倍。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Cooperative energy transfer controls the spontaneous emission rate beyond field enhancement limits
位于金属纳米结构附近的量子发射器经由表面等离子体的近场激发单独地传递它们的能量。由于等离子体增强的局域场，能量转移过程增加了自发发射（SE）率。在这里，我们证明了显着的加速量子发射器SE率在等离子体纳米腔由于合作能量转移（CET）从等离子体相关的发射器。使用集成的等离子体纳米腔，我们实现了高达六倍的增强耦合到相同的纳米腔的发射器的发射率的顶部的局部态密度的等离子体增强。辐射功率谱保留了等离子体共振中心频率和线形，峰值振幅与激发发射器的数量成正比，表明观察到的合作SE不同于超辐射。等离子体辅助的CET提供对SE速率的前所未有的控制，并且允许在室温下动态地控制自发发射速率，从而实现基于SE速率的光调制器。
2019-01-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Enhanced spontaneous emission in photonic hypercrystals
我们展示了一个二维光子超晶体，它表现出增强的自发发射从其超材料组件和光提取通过其光子晶体属性。自发衰减率提高了19.5倍，从HMM的光提取提高了约100倍。
2015-06-03 physics.optics
Scanning emitter lifetime imaging microscopy for spontaneous emission control
我们报告了一种实验技术来映射和利用任意平面纳米光子结构的光学态的局部密度。该方法依赖于定位附着到扫描探针的自发发射器，该自发发射器相对于其光子环境确定性地且可逆地定位，同时测量其寿命。我们证明了该方法通过成像增强周围的金属纳米线的光学态的局部密度。通过纳米定位，荧光的点状源的衰减速率可以通过将其耦合到导线的引导等离子体模式而可逆地且重复地改变两倍。
2011-04-20 physics.optics
Spontaneous and Stimulated Raman Scattering near Metal Nanostructures in the Ultrafast, High-Intensity regime
拉曼散射中包含原子反转可以显着改变等离子体环境中的场动力学。我们的计算表明，大的本地字段和飞秒脉冲相结合，以产生：（i）内的热点人口反转;（ii）增益饱和;和（iii）转换效率的特征在于开关式过渡到受激制度，跨越12个数量级。虽然在拉曼散射原子反转通常被忽略，我们证明，在某些情况下，充分考虑的动力学的布洛赫矢量是必需的。
2013-05-02 physics.optics
Metallo-dielectric hybrid antennas for ultrastrong enhancement of spontaneous emission
我们设计了新的光学天线，减少激发态的辐射寿命的发射器到100飞秒的顺序，同时保持约80%的量子效率在宽带操作。在这里，我们将金属纳米粒子与平面介电结构相结合，并利用等离子体纳米天线的设计策略和腔量子电动力学的概念，以最大限度地提高局部状态密度，并最大限度地减少金属成分引起的非辐射损失。金属-电介质混合天线的提出将对电子物理、超快等离子体、明亮单光子源和拉曼光谱等基础和应用研究领域产生重要影响。
2012-05-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Control of Magnetic Dipole Emission with Surface Plasmon Polaritons
理论分析和实验证明了利用表面等离子体激元增强弱磁偶极跃迁的可能性，简单的平面几何形状和正弦波轮廓调制等离子体激元薄膜。自发发射的Eu 3+在沉积到等离子体表面上的有机基质中表现出特定的角度和极化模式，在电和磁偶极跃迁具有明确定义的最大值，在等离子体去耦条件下表现出的特性和大小的效果。
2018-06-13 physics.optics
Separating enhancement from loss: plasmonic nanocavities in the weak coupling regime
通过修改发射器位置处的光学态密度，弱腔-发射器耦合可以实现量子光学中的许多潜在应用，从低阈值激光器的开发到用于量子密码学的更亮的单光子源。虽然自发发射修饰的一些第一次演示发生在金属结构中，但直到最近在介电光学腔中演示了腔量子电动力学效应之后，金属基光学腔才被考虑用于量子光学应用。金属光学腔的优点包括它们与各种各样的发射器的兼容性以及它们的宽带腔光谱，这使得能够增强光谱宽的发射器。在这里，我们展示了一种基于金属的纳米腔结构，实现了1000的辐射发射率增强，开辟了可能性，追求腔电动力学调查与固有的广泛的光学发射器，包括有机染料和胶体量子点。
2011-11-01 physics.optics
Spontaneous Emission and Light Extraction Enhancement of Light Emitting Diode Using Partially-Reflecting Metasurface Cavity (PRMC)
发光二极管（LED）的功率转换效率（PCE）的提高以及随后的成本的降低在当前的照明市场中是至关重要的。出于这个原因，我们在这里提出了一个PCE增强的LED架构，部分反射超颖表面腔（PRMC）结构的基础上。这种结构通过强制发射光垂直于器件辐射，同时增强了LED的光提取效率（LEE）和自发发射率（SER），从而抑制了波捕获并增强了发射器附近的场限制，同时确保了腔谐振匹配和最大相长场干涉。PRMC结构的设计使用最近的表面磁化率超颖表面合成技术。PRMC蓝色LED设计被提出并且通过全波模拟被证明，以提供LEE和SER增强因子分别为4.0和1.9，这对应于PCE增强因子分别为6.2、5.2和4.5，用于IQE为0.25、0.5和0.75，这表明PRMC概念在LED技术中具有有前途的潜力。
2016-10-14 physics.optics
Correlated spontaneous emission of fluorescent emitters mediated by single plasmons
操纵荧光发射体的自发发射可以通过将发射体放置在纳米结构环境中来实现。特权点被等离子体结构占据，等离子体结构提供电磁场的强约束，这导致发射体-环境相互作用的增强。虽然等离子体纳米结构已被广泛利用来控制单光子发射器的发射特性，但执行量子发射器与等离子体之间的耦合构成了巨大的挑战。在这封信中，我们报告了实现这一目标的第一个关键步骤，通过观察单个CdSe/CdS/ZnS量子点表现出单光子统计和荧光纳米珠之间的相关发射位于微米分开。这通过将两个发射器耦合到银纳米线来实现。单等离子体激元在后者上从量子点产生，并转移能量以依次激发荧光纳米珠。
2016-09-30 physics.optics quant-ph
Enhanced Super-Radiance in Epsilon-Near-Zero Plasmonic Channels
我们描述了通过将它们嵌入在ε近零（ENZ）环境中，由在截止处操作的等离子体波导组成，来大幅提高两能级量子发射体的集合的自发发射的可能性。这种现象依赖于Purcell增强和Dicke超辐射效应的组合，利用ENZ通道中大而均匀的局域态密度，这被证明可以显着扩展这些量子效应的空间范围。我们展望了在光学传感、分子检测和低阈值激光方面令人兴奋的应用。
2013-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.optics
Deep Subwavelength Plasmonic Lasers
激光科学已经解决了物理限制，以实现更高功率，更快和更小的光源。寻求能够在纳米尺度上直接产生相干光场的超紧凑激光器，远远超过光的衍射极限，仍然是一个关键的基本挑战。基于光子晶体、微盘、金属包覆腔和纳米线的显微激光器现在可以达到衍射极限，这限制了光学模式尺寸和物理器件尺寸都大于半个波长。虽然表面等离子体激元能够紧密地定位光，但光频率处的欧姆损耗抑制了真正纳米尺度激光器的实现。最近的理论已经提出了一种通过使用混合等离子体激元波导来显著减少等离子体激元损耗同时保持超小模式的方法。使用这种方法，我们报告了一个实验演示的纳米级等离子体激元激光器产生的光学模式小于100倍的衍射极限，利用高增益硫化镉半导体纳米线顶部的银表面由5 nm厚的绝缘间隙分开。发射寿命的直接测量揭示了宽带增强的纳米线的自发发射率高达6倍，由于强模式约束和签名的明显的阈值激光。由于等离子体激元模式没有截止，我们展示了器件和光学模式的横向尺寸的缩小。随着这些光学相干源接近分子和电子长度尺度，等离子体激元激光器提供了探索光与物质之间极端相互作用的可能性，为有源光子电路，生物传感和量子信息技术开辟了新的途径。
2009-06-25 physics.optics
Orientation-dependent spontaneous emission rates of a two-level quantum emitter in any nanophotonic environment
我们从理论上研究了嵌入在现实系统中的二能级量子发射体的自发发射率：靠近镜子，靠近等离子体球，或在3D光子带隙晶体。在恒定的频率和位置，我们发现惊人的（高达$10^{2}\times$）变化的发射率通过改变跃迁偶极矩的方向。我们提出了一个一般的表示率与方向，只调用对称性的格林函数。伴随的三维几何表面提供了更多的洞察力，在如何增强（或抑制）的首选方向取决于发射器的频率和位置，并在最佳策略，积极切换发射率通过控制定向偶极子。
2009-12-07 physics.optics
Watching a Single Fluorophore Molecule Walk into a Plasmonic Hotspot
等离子体纳米天线允许增强自发发射，改变发射偏振，并成形量子发射器的辐射图案。实验实现的一个关键挑战是将单个发射器定位到具有纳米级精度的等离子体天线的热点中。我们展示了一个动态的光-物质相互作用的DNA折纸技术使纳米系统。单个荧光团分子可以沿着指定的折纸轨道自主地且单向地走进等离子体纳米天线的热点。使用单分子荧光光谱法原位监测连续的荧光强度增加和寿命减少，而荧光团步行者逐渐接近并最终进入等离子体热点。我们的方案提供了一个动态的平台，可用于开发功能材料，研究有趣的光-物质相互作用现象，并作为原型系统检查的理论模型。
2021-04-30 physics.app-ph physics.optics
Controlling Single-Photon Emission with Ultrathin Transdimensional Plasmonic Films
本研究通过理论分析超薄跨维度等离激元薄膜对二能级量子偶极子发射体的影响，发现减小薄膜厚度可显著增强光子反聚束效应，为固态单光子源器件工程及集成量子光子学平台发展提供指导。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum versus Classical Descriptions of Spontaneous Emission in Nanophotonic Cavities
Hunan Key Laboratory of Nanophotonics and Devices, School of Physics, Central South University（中南大学物理学院纳米光子学与器件湖南省重点实验室）
本文证明纳米光子腔中自发发射的量子与经典描述通常不同，推导了发射率增强及相关参数，并指出在特定腔型下两者趋于一致。
2025-10-27 physics.optics
Control of Förster energy transfer in vicinity of metallic surfaces and hyperbolic metamaterials
光学腔、等离子体结构、光子带晶体、界面，以及一般来说，具有均匀或空间不均匀介电常数的任何光子介质（包括超材料）都具有与真空中不同的光子态局部密度。已知这些修改的态密度环境控制自发发射的速率和角分布。在本研究中，我们提出的问题是否接近金属和超材料表面可以影响其他物理现象的基本和实际的重要性。我们发现，相同的基板和相同的非局部介电环境，提高自发发射，也抑制福斯特能量转移到一个薄的聚合物薄膜掺杂的供体和受体分子之间。这一发现与以下事实相关：在电介质中，自发发射的速率与折射率n成正比，而施主-受主能量转移的速率（在受主随机分布的固溶体中）与n^-1.5成正比。这种启发式的对应关系表明，在常规电介质中依赖于n的其他经典和量子现象也可以用定制的超材料、等离子体结构和空腔来控制。
2015-04-16 physics.optics
Plasmonic resonators for enhanced diamond NV- center single photon sources
我们提出了一种新的非经典光源，包括等离子体孔径与单晶金刚石含有一个单一的氮空位（NV）色心。优化结构的理论计算表明，这些器件可以同时提高光抽运效率7倍，自发发射率Fp ~ 50（Purcell因子），收集效率高达40%.这些激发和收集增强发生在宽范围的波长（~ 30 nm）内，并且在NV中心的激发（~ 530 nm）和发射（~600- 800 nm）光谱中可根据器件几何形状独立调谐。在大块金刚石晶体中采用自上而下的技术实现该系统将为无数的金刚石NV中心应用提供可扩展的架构。
2011-01-24 physics.optics quant-ph
Single mode waveguide platform for spontaneous and surface-enhanced on-chip Raman spectroscopy
我们回顾了自发拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）的分析物的倏逝波激发以及倏逝波收集拉曼信号使用互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的单模波导的基础上的芯片上的方法。信号直接从分析物分子收集，或者通过集成在波导顶部的等离子体纳米天线收集。波导的几何形状和/或天线的几何形状的设计的灵活性使得能够优化收集效率。此外，传感器可以与附加功能（源，检测器，光谱仪）集成在同一芯片上。在本文中，介绍了基本的理论概念，以确定关键的设计参数和一些概念验证的实验结果进行了审查。
2016-09-15 physics.optics
Quantum emitter coupled to plasmonic nanotriangle: Spatially dependent emission and thermal mapping
在这里，我们报告我们的研究辐射和非辐射之间的相互作用的单个量子发射体和各向异性的等离子体纳米结构：一个黄金纳米三角形。我们的理论和三维电磁模拟研究突出了量子发射体的偶极取向、等离子体纳米结构的各向异性以及发射体和等离子体几何结构之间的辐射和非辐射能量转移过程之间的有趣联系。对于量子发射体的面外取向，总衰减率和非辐射衰减率被发现是最大的，示出辐射提取效率为0.678。此外，对于相同的取向，辐射衰减速率更大，并且相对于纳米三角形显示出明显的空间依赖性。我们的研究有两个方面的直接影响：设计纳米粒子的光学天线，以控制从单个原子和分子的发射和几何控制到等离子体衰变通道的发射淬灭。
2018-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Surface plasmon induced quantum interference at meta-material interface
该研究分析四能级原子与支持TE/TM表面等离激元的负折射率超材料耦合，证明正交偶极子可借共享SP模式发生量子干涉，并实现衰减与光谱数个数量级的增强。
2024-05-10 physics.optics
Spontaneous Emission in Nonlocal Materials
光与物质的相互作用可以被周围的环境显著地改变。在这里，我们报告的第一个实验观察分子自发发射内的高度非局部超材料的基础上的等离子体纳米棒组件。我们发现，发射过程不仅是由其局部有效介质色散的拓扑结构，但也由复合材料的非局部响应，使不同的几何参数，但相同的局部有效介质属性的超材料表现出不同的Purcell因子。一个创纪录的高增强的衰变率观察，在协议与开发的定量描述的Purcell效应在非本地介质。工程材料的非定域性为量子电动力学引入了额外的自由度，从而在量子信息处理、光化学、成像和传感中实现了新的应用。
2016-05-16 physics.optics
Modal Analysis of photonic and plasmonic resonators
准简正模（QNM）在光子学中无处不在，并被广泛应用于各种应用中，但确定这些模式仍然是一项艰巨的任务。在这里，我们表明，通过利用麦克斯韦方程组的结构，可以有效地计算光子和等离子体纳米谐振器的QNM。麦克斯韦方程组的对称性允许通过Lanczos还原过程还原到小阶系统，通过该过程可以识别主导QNM。一个封闭形式的量子发射体的自发衰变（SD）率的降阶模型也得到了，它不需要一个先验的QNM扩展的字段。该模型是参数化的波长和字段扩展在主导QNM后验确定。我们证明和验证，QNM的开放谐振器和SD率的量子发射体的准确预测。
2019-10-28 cond-mat.mes-hall physics.optics
Metal nanoparticle plasmons operating within quantum lifetime
我们研究了当金属纳米颗粒与量子发射体（例如量子点、分子）强耦合时，金属纳米颗粒上的等离子体激元振荡的动力学。我们模拟了一个简单模型：耦合经典-量子振子系统的密度矩阵演化。我们发现，等离子体激元振荡的寿命可以增加几个数量级，高达量子发射体的衰变时间。这种效应本身表现为spaser（通过辐射的受激发射的表面等离子体放大）实验中等离子体发射带的变窄[{ \it Nature}，{ \bf 2009}，460，1110]，其中金纳米颗粒与周围分子相互作用。等离子体激元激发寿命的增加使得受激发射能够克服自发发射。这种增强是由于出现了类似于电磁感应透明（EIT）的现象。这种效应可以在纳米物理学的许多领域中找到应用，例如在等离子体激元的量子信息和提高太阳能电池效率中。
2013-06-20 physics.optics
Fluorescence quenching in plasmonic dimers due to electron tunneling
等离子体纳米粒子提供了一个理想的环境，用于增强荧光发射。一方面，它们局部放大电磁场，增加发射体激发速率，另一方面，它们提供高的局部态密度，加速自发发射。然而，当发射体被放置在靠近单个金属纳米颗粒的位置时，非辐射状态的数量急剧增加，导致荧光淬灭。理论上已经预测，通过明智地放置发射器，等离子体纳米腔中的荧光可以单调地增加。在这篇文章中，我们表明，这种单调增加是由于使用局部响应近似的金属纳米粒子的等离子体响应的描述。我们证明，考虑到电子隧穿和周围系统的非局部性，通过量子流体动力学理论的结果最终在荧光增强淬灭时，也发射器被放置在一个纳米腔，而不是本地响应和Escheras-Fermi流体动力学理论的结果。这一结果标志着考虑量子效应的重要性，特别是，电子隧穿，以正确地描述在纳米尺度上的等离子体系统的发射效应。
2022-01-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic Dimers Enhanced Polarized Single Photon Coupled to Optical Nanowire
我们提出了一个系统，用于引导等离子体增强的偏振单光子进入光学纳米线（ONW）导模。结果表明，金纳米棒二聚体（GNRD）的存在可以显著增强量子发射体（QE）的自发发射特性，从而产生高偏振、高亮度的单光子发射.我们已经计算出，一个高的Purcell因子为279，耦合效率为11%，和单光子的偏振度（DOP）估计高达99.57%，在引导模式的ONW适当地放置一个QE的GNRD系统的优化位置。这种混合量子系统可以与光纤网络相连接，为可能的量子信息处理和量子密码学应用打开了大门。
2022-12-17 physics.optics quant-ph
Quantization of quasinormal modes for open cavities and plasmonic cavity-QED
我们引入了基于准正规模的第二量子化方案，准正规模是具有复本征频率的泄漏光学腔和等离子体共振器的耗散模。该理论使任意三维耗散共振器的多等离子体/光子Fock态的建设，并给出了一个坚实的理解的限制现象耗散Jaynes-Cummings模型。在一般情况下，我们展示了不同的准正规模式如何通过非对角模式耦合干涉，并演示了这些结果如何影响腔修改的自发发射。为了说明理论的实际应用，我们使用金纳米棒二聚体和混合电介质-金属腔结构的例子。
2019-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Molecule-by-molecule nanoresolved picosecond Purcell-enhanced emission at room-temperature in hollow plasmonic nanocone metamaterials
Institut Langevin, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS（朗之万研究所，巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心）；Department of Physics, University of Ottawa（渥太华大学物理系）；Department of Chemical Engineering, MESA+ Institute, University of Twente（特温特大学应用科学学院，MESA+纳米技术研究所）；Mesoscale Chemical Systems, MESA+ Institute, University of Twente（特温特大学MESA+纳米技术研究所介观化学系统组）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of Rochester, Institute of Optics（罗切斯特大学光学研究所）
本研究提出基于三维空心等离子体纳米晶格的新型材料平台，结合单分子超分辨成像与时间相关单光子计数技术，实现纳米级分辨的三维电磁场传感与光-物质相互作用精准调控，可用于室温单光子源调控及分子传感等量子应用。
2026-10-16 physics.optics quant-ph
Amplified emission and lasing in a plasmonic nano-laser with many three-level molecules
从理论上研究了由许多染料分子围绕金纳米球规则排列组成的系统的稳态等离子体激元激光。采用具有真实分子耗散的三能级模型分析了泵浦场幅度和分子数目对器件性能的影响。很少的分子和适度的泵浦产生单个窄的发射峰，因为受激分子通过放大的自发发射将能量转移到单个偶极等离子体振子模式。在强泵浦下，由于两个分子激发能级通过与泵浦场和偶极等离子体激元场的相干耦合而相互干扰，因此单个峰分裂成更宽、更弱的发射峰。大量的分子产生了泊松分布的等离子体激元数态具有大的平均数特征的激光作用。然而，由于分子干涉效应，这些激光特性在强泵浦下恶化。
2017-11-20 physics.optics quant-ph
Extreme multiexciton emission from deterministically assembled single emitter subwavelength plasmonic patch antennas
等离子体天线在纳米和量子技术中的许多应用中是有吸引力的光学结构。通过在纳米发射器和光之间提供增强的相互作用，它们有效地加速和引导自发发射。然而，一个挑战是发射器在结构中的精确纳米级定位。在这里，我们提出了一个激光蚀刻协议，确定性地定位一个单一的胶体CdSe/CdS核/壳量子点发射器内的亚波长等离子体贴片天线与三维纳米尺度控制。通过利用纳米级的金属-绝缘体-金属结构的特性，所制造的单发射器天线表现出极高的Purcell因子（>72）和70倍的亮度增强。由于俄歇过程的空前猝灭和多激子发射的强烈加速，单个量子点每个脉冲可以发射超过4个光子。我们的技术允许制造明亮的室温单发射源发射多个或单个光子。
2018-11-28 physics.optics quant-ph
Multifrequency multi-qubit entanglement based on plasmonic hot spots
采用严格的第一性原理电磁格林张量方法，研究了纳米粒子团簇激发的表面等离子体激元与量子发射体系综之间的强耦合.我们证明了当两能级量子效应位于金属纳米粒子团簇的热点时，可以在不同的频率上同时产生多量子比特纠缠。这种纠缠的量子拍频持续时间比光子腔中的纠缠长两个数量级。这种现象源于团簇的集体耦合共振激发。在单次散射共振频率下，尽管单次QE自发衰变率很大，但无法产生纠缠
2017-12-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Inhibited spontaneous emission of quantum dots weakly coupled to off resonant silver nanoplatelets and silver nanowires
任何光发射器的自发发射（SE）速率直接与光子的局部可用模式成比例。通过改变光发射器的介电环境，可以修改发射速率。通常，具有与光发射频率共振的模式的腔用于放大光发射速率。费米黄金法则预言，如果腔模与发射频率非共振，则SE率被抑制。在这项研究中，我们证明了胶体合金量子点的SE通过将它们耦合到化学合成的银纳米线和银纳米片系统来抑制。银纳米片和银纳米线等离子体共振模式在电磁波谱的紫外和红外区域中。量子点在可见光区发光。这种非共振弱耦合的发射器和腔体的发射速率抑制的结果，并量化的时间分辨光致发光（TRPL）测量。TRPL衰减曲线表明，通过将自组装量子点单层分别与单个银纳米片和单个银纳米线耦合，可以抑制发射速率。
2023-02-16 physics.optics
