Nanophotonic engineering of far-field thermal emitters
热辐射是一种普遍存在的基本过程，所有处于非零温度的物体都会辐射电磁能。这个过程通常在空间和时间上都是不相干的，导致宽带，全向光发射到远场，光谱密度与普朗克定律的发射器温度有关。在过去的二十年中，有相当大的进展，在工程的光谱，方向性，偏振和时间响应的热发射光使用纳米结构材料。这篇综述总结了热发射的基本物理学，列出了各种纳米光子方法来设计远场热发射，并强调了几个相关的应用，包括能量收集，照明和辐射冷却。
2018-12-11 physics.app-ph physics.optics
On-Chip Spin-Orbit Controlled Excitation of Quantum Emitters Coupled to Hybrid Plasmonic Nanocircuits
复杂光子功能的片上实现对于平面集成纳米光子学的进一步发展至关重要，特别是当涉及量子发射器（QE）等非经典光源时。与QE集成的混合等离子体纳米电路由于显着提高QE发射速率和简化量子纳米光子组件的前景而引起了相当大的关注。亚波长尺度上的自旋-轨道相互作用在传统和量子纳米光子学中越来越多地被探索，以实现和利用自旋相关的光流动。在这里，我们提出并实现了一个介质加载等离子体纳米电路组成的非手性自旋轨道耦合器的泵辐射到分支QE集成波导的单向路由。我们在实验上证明了532 nm泵浦激光的圆偏振控制耦合到聚合物负载的分支波导，然后激发空间上分离的（距离约10 μm）QE，纳米金刚石，具有多个氮空位中心，嵌入并有效地耦合到相应的波导。耦合到分支波导的不同QE的片上自旋轨道控制激发的实现为设计利用手性量子纳米光子学内的自旋自由度的复杂量子等离子体纳米电路开辟了新的途径。
2020-04-16 physics.optics
Erbium emitters in commercially fabricated nanophotonic silicon waveguides
本研究展示了铒发射体可可靠集成于商业制备的低损耗硅波导，实现窄线宽与磁场下自旋分裂，为CMOS工艺制造长寿命量子存储器奠定基础。
2023-07-26 physics.optics quant-ph
Quantum versus Classical Descriptions of Spontaneous Emission in Nanophotonic Cavities
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
Nanophotonic boost of intermolecular energy transfer
我们提出了一种方案，用于两个远距离光发射器之间的有效的长距离能量转移，所述远距离光发射器被多于一个波长的光分离，即远远超出经典的福斯特半径。一个混合的纳米天线-波导系统介导能量的传输，与真空相比，显示出高达10^8的增强。我们的模型显示了如何在纳米结构的介质中的能量转移可以提高，超越简单的供体Purcell增强，特别是对于大的供体受体分离。我们提出的方案连接现实的发射器，并可能导致实际的片上实现。
2015-10-08 physics.optics
Guided mode meta-optics: Metasurface-dressed nanophotonic waveguides for arbitrary designer mode couplers and on-chip OAM emitters with configurable topological charge
超颖表面在自由空间裁剪复杂光场方面取得了丰硕的成果。然而，应用元光学的概念来完全控制波导模式的系统研究仍然是难以捉摸的。在这里，我们提出了一个全面的目录，能够选择性地和排他性地激发几乎任意的高阶波导模式的利益，利用硅超颖表面图案化的氮化硅波导。通过同时设计超颖表面的相位匹配梯度和纳米天线近场与目标波导模式之间的矢量空间模式重叠以用于激励，成功地发射了单个或多个高阶模式，具有高达98%的高纯度和宽带宽。此外，理论上还证明了片上扭曲光发生器具有从-3到+2的可配置OAM拓扑电荷\ell，作为超表面使能导模光学的综合框架，并激励进一步的应用，如多功能集成耦合器，解复用器和基于模分复用的通信系统。
2021-11-03 physics.optics
Quantum optics with diamond color centers coupled to nanophotonic devices
我们回顾了最近的进展，实现量子网络的基础上原子状的固态量子发射器耦合到纳米光子器件。具体来说，我们专注于实验涉及带负电荷的硅空位的钻石色心。这些发射器结合了均匀、相干的光学跃迁和长寿命的电子自旋量子存储器。我们讨论了该系统在低温下的光学和自旋特性，并描述了硅空位中心耦合到纳米光子器件的实验。最后，我们讨论了实验证明量子非线性在单光子水平和双发射器纠缠在一个单一的纳米光子器件。
2017-12-18 physics.optics quant-ph
Chirality of nanophotonic waveguide with embedded quantum emitter for unidirectional spin transfer
可扩展的量子技术需要在存储量子信息的物质量子比特和在集成电路和波导中携带信息的光子量子比特之间进行忠实的转换。我们证明了在纳米光子波导中产生的电磁场手性导致从嵌入的量子点量子发射器的单向发射，从而在平面内传输物质量子比特（自旋）信息。尽管波导的几何形状和材料是非手性的，但手性行为仍然发生。利用量子点配准技术，我们实现了量子发射器确定性地定位在一个手征点上，并通过设计实现了自旋路径转换。我们测量并比较了单模纳米束和光子晶体波导中的现象。前者是更宽容的点的位置，表现出高达95 +/- 5%的实验自旋路径读出，并有可能作为未来的自旋逻辑和网络实现的基础。
2015-06-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Properties of quantum emitters in different hBN sample types particularly suited for nanophotonic integration
针对2D hBN中单光子发射器特性与原子起源未知的问题，研究了适用于纳米光子集成的LPE多层纳米薄片和CVD层工程化样品，通过缺陷分析与模拟拟合碳相关缺陷光学特性，缩小了发射器起源范围，推动hBN量子发射器的应用。
2025-02-19 physics.optics quant-ph
On the Emission Pattern of Nanoscopic Emitters in Planar Anisotropic Matrix and Nanoantenna Structures
嵌入在晶体基质中的单个纳米级发射体已经成为新兴的纳米光子和量子技术的宝贵资源。基质的一般各向异性性质强烈影响量子发射体的发射性质，特别是当基质组装成纳米光子结构时。我们报告严格的分析和工程的自发发射从单发射器耦合到纳米天线和平面各向异性天线结构。通过发展一种方便的理论方法和有效的数值实现，我们表明，精确的各向异性模型在预测许多重要系统的发射模式中是必不可少的，例如固态基质中的单分子，二维材料中的孤立缺陷等。我们举例说明了材料各向异性和几何各向异性对耦合到平面天线和纳米天线结构的发射器的放大效应。我们表明，通过适当的各向异性设计，可以同时实现发射速率的强烈增强和来自单个发射器的近准直光束。
2018-11-22 physics.optics
Adaptive and ultrabroadband thermal control with solid-state nanophotonic emitters
University of Minnesota（明尼苏达大学）
该研究提出了一种基于神经网络引导光子设计的自适应固态热发射器，利用硫化物相变材料实现宽频带、高对比度的发射率调节，展示了在空间环境下的热调控能力。
2026-05-20 physics.app-ph physics.optics
Quantum interference of electromechanically stabilized emitters in nanophotonic devices
远距离物质量子比特之间的光子介导耦合可以实现长距离的安全通信，分布式量子计算方案的实现，以及多体量子动力学新机制的探索。耦合到固态量子发射器的纳米光子器件代表了实现这些目标的一种有前途的方法，因为它们结合了强的光-物质相互作用和高的光子收集效率。然而，这些方法的可扩展性受到固态发射器之间的频率失配及其光学跃迁的不稳定性的限制。在这里，我们提出了一个纳米机电平台的稳定和调整的光学跃迁的硅空位（SiV）的颜色中心在金刚石纳米光子器件通过动态控制其应变环境。这种基于应变的调谐方案具有足够的范围和带宽，以减轻各个SiV中心之间的光谱失配。使用应变，我们确保色心光学跃迁之间的重叠，并通过测量从金刚石波导收集的光子的相关性来观察纠缠的超辐射态。这个用于调谐纳米光子波导和谐振器中光谱稳定色心的平台构成了迈向可扩展量子网络的重要一步。
2019-02-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Integrated nanophotonic platform for on-chip quantum emitter interactions and entanglement
University of Southern Denmark（南丹麦大学）；Niels Bohr Institute, University of Copenhagen（哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所）；Universidad Autónoma de Madrid（马德里自治大学）
本文提出了一种集成纳米光子平台，通过工程化的表面等离子体极化子干涉实现芯片上量子发射器的长程相互作用和纠缠，展示了增强的能量转移和瞬时纠缠的实验结果。
2026-02-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nonlocal effects: relevance for the spontaneous emission rates of quantum emitters coupled to plasmonic structures
在非局域流体动力学模型下，研究了等离子体二聚体附近偶极发射体的自发发射率。由于量子发射体在金属纳米粒子的直接环境中探测其电子结构，因此必须使用非定域模型。与当地计算相比，排放率显著降低。如果发射器位于靠近尖锐边缘的位置，则这种影响最为显著。我们建议在实验可行的配置中使用量子发射器来测试非局域效应。
2014-10-15 physics.optics
Purcell Enhancement of Spontaneous Emission of a Quantum Emitter on a Waveguide
本研究通过模拟与实验探究波导对附近量子发射器自发辐射的影响，验证了波导的Purcell增强效应及发射器寿命缩短现象，为基于波导的倏逝传感器和量子光子应用的效率估算提供了概念支撑。
2024-07-09 physics.optics
Collective spontaneous emission of two atoms near metal nanoparticle
我们提出了量子力学方法的集体自发发射（超辐射）的发射体（原子）附近的金属纳米粒子，当发射体的跃迁频率与纳米粒子的局域等离子体共振的频率相一致。我们的方法是基于薛定谔描述和它使用的波函数的状态系统。考虑了发射体之间以及纳米颗粒与发射体之间的相互作用。我们考虑了一个两个辐射源的例子，证明了辐射是通过辐射源的对称态发生的，就像在Dicke超辐射模型中一样。纳米颗粒加速集体自发发射，类似于它如何加速单个发射体的自发发射。来自纳米颗粒附近的两个发射器的辐射比来自两个分离且不相互作用的“纳米颗粒+单个发射器”系统的辐射更快。由于纳米颗粒中的非辐射损失，超辐射效率，即系统中发射光子与初始激发总数的比率小于1。然而，效率是相同的单个和两个发射器附近的纳米粒子。该方法可以直接推广到纳米颗粒附近有许多发射体的情况。
2014-10-15 physics.optics
Spontaneous symmetry breaking in a coherently driven nanophotonic Bose-Hubbard dimer
报道了在相干驱动耗散耦合光腔中首次观测到自发镜像对称破缺的实验结果。观察到SSB是由于两个对称泵浦和倏逝耦合的光子晶体纳米腔之间的空间或镜像Z2对称性的破坏，并且表现为两个腔中的一个腔中的随机强度局域化。我们发现，在具有排斥玻色子相互作用（U > 0）的系统中，观察到一个纯干草叉分叉需要负的光子跳跃能量（J < 0），我们已经实现了在我们的光子晶体分子。在驱动强度和失谐量的二维参数空间的很宽范围内观察到单边带，在那里我们还发现了一个表现出非对称行为的区域。我们的结果为单边带的极限环和确定性混沌的实验研究以及单边带跃迁附近的非经典光子关联的研究奠定了基础。
2021-08-03 physics.optics
Modified dipole-dipole interactions in the presence of a nanophotonic waveguide
本研究针对纳米光子波导附近发射体间偶极-偶极相互作用解析难、数值成本高的问题，提出了可拓展的精确计算方法，并通过圆柱形纳米光纤的透射信号计算验证了相互作用微小改变对可观测量的显著影响。
2023-08-18 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Diamond Nanophotonics
新兴的纳米光子学领域已经发展成为一个主要的研究领域，主要是因为能够根据需要控制和操纵单量子系统（发射器）和单光子。多年来，研究纳米光子现象仅限于传统的半导体（包括硅和GaAs），实验主要在低温下进行。然而，在过去的十年中，金刚石已经成为研究纳米级光子现象的新竞争者。提供过多的量子发射器，在室温和环境条件下是光学活性的，金刚石已被利用来展示超分辨率显微镜和实现纠缠，Purcell增强和其他量子和经典的纳米光子效应。阐述了金刚石作为一种材料的重要性，本文将重点介绍金刚石纳米光子学领域的最新成就，并为未来的实验和技术进步提供路线图。
2014-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Modal input-output theory for quantum nanophotonics from the first-order Maxwell operator
Purdue University（普渡大学）
基于宏观量子电动力学和一阶电磁格林函数，为开放光子系统发展量子输入-输出理论，包含端口散射矩阵与朗之万噪声，并用于计算纳米光子腔和逆设计耦合器的发射体修正透射率。
2026-10-06 physics.optics quant-ph
Electrical control of lifetime-limited quantum emitters using 2D materials
固态量子发射体作为集成单光子源和光学纳米探针是量子纳米光子学的重要组成部分。将这种发射器与有源纳米光子元件集成是期望的，以便获得对它们的光学性质的有效控制，但是通常会降低发射器本身的光稳定性。在这里，我们展示了一个可调的混合器件，集成了寿命有限的单发射器（线宽：40 MHz）和2D材料在亚波长分离，而不会降低发射性能。我们的器件具有纳米级尺寸，可实现超宽带调谐（调谐范围大于400 GHz）和发射能量的快速调制（频率：100 MHz），这使其成为一种集成的超紧凑可调谐SPS。相反，这提供了一种使用单个发射器作为纳米探针来光学感测2D材料特性的新方法。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spontaneous radiation of a finite-size dipole emitter in hyperbolic media
研究了均匀单轴介质中有限尺寸偶极子辐射源的辐射衰减率和Purcell效应。我们证明了当介质的纵向和横向介电常数的符号相反时，辐射率强烈增强，并且等熵线具有双曲线形状。我们发现，即使在没有损失的情况下，Purcell增强因子仍然是有限的，它取决于发射极的大小。
2011-05-28 physics.optics
Nanoassembly of quantum emitters in hexagonal boron nitride and gold nanospheres
利用等离子体共振器组装量子纳米光子系统对于单光子源的基础研究以及片上信息处理具有重要意义。在这项工作中，我们展示了可控的纳米组装金纳米球与超亮量子发射器在二维层状六方氮化硼（hBN）。我们利用原子力显微镜（AFM）尖端精确定位金纳米球的量子发射器附近，并观察由此产生的发射增强和荧光寿命减少。在实验中，hBN中的量子发射体实现了超过300%的荧光增强，辐射量子效率高达40%，饱和计数率超过500万计数/秒。我们的研究结果是有希望的未来就业的量子发射体在hBN的集成纳米光子器件和等离子体基纳米传感器。
2017-10-17 physics.optics quant-ph
Quantum acousto-optic control of light-matter interactions in nanophotonic networks
我们分析了在传播声波的存在下，原子或类原子发射器与纳米光子波导的耦合。具体来说，我们表明，强折射率调制引起的这种波可以大大修改有效的光子态密度，从而影响的强度，方向性，以及光子发射和吸收过程的整体特征。这些效应使得能够对波导结构中的光-物质相互作用进行完全的动态控制，即使在二维系统中，波导结构也可以用于沿着选定的方向并且以非常高保真度有效地交换单个光子。这种量子声光控制为各种量子网络应用提供了通用工具，从经由定向发射器-发射器相互作用的纠缠分布到经由声学传送带的单个光子量子态的路由。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Multipolar Nanophotonics with Quantum Computers
Florida International University（佛罗里达国际大学）
该研究提出用量子比特和量子电路计算纳米光子系统的散射与珀塞尔效应，经IBM、IonQ量子计算机测试，结果与经典理论高度吻合，为纳米光子系统的量子辅助设计提供了支撑。
2026-10-14 physics.optics quant-ph
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
Purcell enhancement of a cavity-coupled emitter in hexagonal boron nitride
将固态量子发射器集成到纳米光子电路中是实现完全基于片上量子光子的技术的关键一步。在潜在的材料平台中，六方氮化硼中的量子发射体在过去几年中已经成为可行的候选者。虽然在过去的几年里，基本的物理特性已经得到了深入的研究，只有很少的工作集中在发射器集成到光子谐振器。然而，对于潜在的量子光子材料平台，与纳米光子腔的集成是重要的基石，因为它使得能够对自发发射进行有意的调谐并且改进该量子发射体的不同跃迁的读出。在这项工作中，我们展示了集成单片hBN量子发射器在光子晶体腔中的谐振调谐通过在低温下的气体冷凝。我们共振耦合的零声子线的发射器的腔模式，并证明发射增强和寿命减少，与Purcell因子的估计为~ 15。
2021-08-11 physics.app-ph physics.optics
Super-radiant emission from quantum dots in a nanophotonic waveguide
未来可扩展的光子量子信息处理依赖于将多个相互作用的量子发射器集成到单个芯片中的能力。量子点提供了理想的片上量子光源。然而，实现芯片上多个量子点之间的量子相互作用是一项具有挑战性的任务，由于其频率和位置的随机性，需要本地调谐技术和远程量子相互作用。在这里，我们展示了纳米光子波导上遥远的两个量子点之间的量子相互作用。我们通过将量子点集成到纳米光子波导的相同光学模式来实现光子介导的远程相互作用，并通过将片上热调谐器结合来克服光谱失配。我们观察到它们的量子相互作用的超辐射发射的形式，其中两个点集体发射速度比每个点单独。从集成的量子发射器产生超辐射发射可以使紧凑的芯片集成的光子结构表现出长程量子相互作用。因此，这些结果代表了朝着建立由半导体芯片上的多个相互作用的量子发射器组成的光子量子信息处理器迈出的重要一步。
2018-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum optics with near lifetime-limited quantum-dot transitions in a nanophotonic waveguide
建立一个高效率的光子-发射极界面，其中本征线宽展宽仅受自发发射的限制，是量子光学中的关键步骤。它为相干光-物质相互作用开辟了一条途径，例如，产生高度不可分辨的光子、少光子光学非线性和光子-发射极量子门。然而，残余增宽机制是普遍存在的，需要加以打击。对于固态发射体，电荷和核自旋噪声是重要的，并且光子纳米结构对加宽的影响尚未澄清。通过共振传输实验，我们给出了嵌入纳米光子波导中的量子点的近寿命极限线宽。结果表明，单光子从量子点的散射可以通过$66 \pm 4 \%$的消光来实现，其消光受量子点与纳米结构的耦合而非线宽展宽的限制.这是通过将量子点嵌入电接触的纳米光子膜中来获得的。为获得更大的单光子消光提供了一条清晰的途径，即，该方法实现了在光频率下操作的固态完全确定性和相干的光子-发射极界面。
2018-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Calibration of systematic distortions in quantum emitter localization microscopy for deterministic nanophotonic fabrication
Leibniz University Hannover（汉诺威莱布尼茨大学）；Johannes Kepler University Linz（林茨约翰·开普勒大学）
研究量子发射器定位显微镜系统畸变校准问题，用光刻定义的金纳米盘阵列作参考，通过泽尼克矢量场模型校准光学畸变，提高了量子发射器集成精度。
2026-07-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Optimal photonic crystal cavities for coupling nanoemitters to photonic integrated circuits
用成熟的半导体技术制造的光子集成电路对于实现可扩展的量子技术具有很大的希望。量子发射器和纳米光子器件之间的有效接口是在硅芯片上实现这种实现的关键构件。这些接口可以实现为具有高品质因数和波长尺度模体积的纳米束光学腔，从而提供纳米级量子发射器和纳米光子电路之间的增强的耦合。实现这样的谐振结构对于可见光波长范围是特别具有挑战性的，其中许多当前考虑的量子发射器工作，并且如果期望与现代半导体纳米制造工艺兼容。在这里，我们表明，光子晶体纳米梁腔的可见光谱可以设计和制造直接在衬底上具有高的品质因数和小的模式体积。我们比较基于确定性和模式匹配方法的设计，并发现后者有利于基板上实现。我们的研究结果铺平了道路，将量子发射器与纳米光子电路应用于量子技术。
2019-09-05 physics.optics quant-ph
Finite element modeling of spontaneous emission of a quantum emitter at nanoscale proximity to plasmonic waveguides
我们发展了一种自洽有限元方法来研究等离子体波导在纳米尺度附近的自发发射。在该模型中，假设只有一个导模是由量子发射体主导激发的。利用这样一个主导模式假设，等离子体激元波导的截面可以是任意的。我们应用我们的数值方法来计算一个量子发射器的耦合到一个圆柱形纳米线和一个矩形波导，并比较圆柱形纳米线以前的工作有效的准静态近似。耦合到等离子体激元模式的能量的分数可以被精确地计算，其可以用于确定量子发射器的单个光学等离子体激元产生效率。对于金纳米线，我们观察到的协议与准静态近似的半径低于20 nm，但对于更大的半径的总衰减率高达10倍大。对于矩形波导，我们估计自发发射因子β的最佳值高达80%。
2009-09-26 physics.optics
Dependence of spontaneous emission rates of emitters on the refractive index of the surrounding medial
对于介质中的发射体，不同的宏观或微观理论模型预测自发发射寿命对折射率的显著不同的依赖性。对Eu $^{3+}$、Ce $^{3+}$和Nd $^{3+}$离子以及不同介质中的量子点进行了各种测量。用不同的模型解释了自发发射率与折射率的关系。通过仔细检查一些实验结果，我们注意到，一些解释是基于隐含的假设，这是很难证明，和一些测量包含太大的不确定性，区分不同的模型。在这项工作中，我们重新分析了现有的测量结果，并给出了一致的解释。
2005-05-24 physics.optics
Physics of quantum light emitters in disordered photonic nanostructures
纳米光子学的重点是光的控制和与物质的相互作用，通过复杂的纳米结构的帮助。通常，光子纳米结构是针对特定应用仔细设计的，并且任何缺陷都可能降低其性能，即，对不可避免的制造缺陷的作用的彻底调查对于任何应用都是必不可少的。然而，存在另一种纳米光子应用方法，其中制造无序用于通过增强光-物质相互作用来诱导功能。无序导致光的多重光的散射，这是统计光学的领域，其中光传播需要统计描述。本文综述了无序光子纳米结构的最新研究进展及其对量子光子学器件的潜在意义。
2017-04-19 physics.optics quant-ph
Electrically Driven Hyperbolic Nanophotonic Resonators as High Speed, Spectrally Selective Thermal Radiators
我们介绍和实验证明了一类新的电驱动的热发射器的基础上，全球对齐的碳纳米管超材料图案化的纳米带。超材料带表现出具有极端各向异性的电子和光子特性，这使得沿着一个轴的低损耗、波长压缩的双曲光子模式和沿着另一个轴的高电阻率和有效的焦耳加热成为可能。在单个芯片上批量制造的器件发射线性偏振的热辐射，其峰值波长由其双曲线共振决定，并且其低热质量产生高达1兆赫的红外辐射调制率。作为概念验证演示，我们展示了单个芯片上的两组热发射器，每个都以不同的光谱峰值位置和调制率工作，可以用于用单个检测器检测二氧化碳。我们预计，批量制造，宽调制带宽和定制的光谱调谐与双曲线芯片为基础的热发射器的组合将使传感，成像和计量应用的多路复用红外光源的新模式。
2022-01-08 physics.app-ph physics.optics
Macroscopically Aligned Carbon Nanotubes as a Refractory Platform for Hyperbolic Thermal Emitters
耐高温纳米光子学或高温纳米光子学可以彻底改变许多应用，包括数据存储和废热回收。特别是，由双曲材料制成的纳米光子器件由于其近乎无限的光子态密度（PDOS）而很有前途。然而，在现有的耐火双曲材料中实现突出的PDOS是具有挑战性的，特别是在宽光谱范围内。在这里，我们证明了宏观膜和结构的对齐的碳纳米管工作作为优秀的耐火双曲线材料。我们发现，对齐的碳纳米管是热稳定的高达$1600^{\circ}$ C，并表现出极端的各向异性-金属在一个方向和绝缘在其他两个方向。这种极端的各向异性使该系统成为双曲材料，在中红外宽带光谱范围（比$4.3μ$ m长）内具有异常大的PDOS，在深亚波长尺寸的腔中表现出强共振。我们观察到极化的，光谱选择性的热发射从定向碳纳米管膜以及无限的空腔定向碳纳米管的体积小到$\simλ^3/700$在$700^{\circ}$ C操作。这些实验表明，对齐的碳纳米管具有天然的大PDOS，导致热光子密度提高了两个数量级以上，使它们成为一个有前途的耐火纳米光子学平台。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single photon emission from individual nanophotonic-integrated colloidal quantum dots
溶液可处理的胶体量子点对于实现嵌入可扩展量子技术平台的单光子源具有很大的希望。然而，在光子电路中大量可单独寻址的胶体量子点的高产量集成仍然是一个突出的挑战。在这里，我们报告将单个胶体核壳量子点（CQD）集成到纳米光子网络中，该网络允许通过单独的波导通道激发和有效收集单光子。一种迭代电子束光刻工艺提供了一种可行的方法，以将单个发射器定位在光子集成电路中的预定义位置处，其产量接近统一。我们的工作超越了共焦显微镜的体光学范例，为从大量同时可控的量子发射器提供单光子的芯片级量子网络铺平了道路。
2022-01-13 physics.optics quant-ph
Nanophotonic enhancement of the Förster resonance energy transfer rate on single DNA molecules
纳米光子学通过在纳米尺度上定制光-物质相互作用并修改局部光学态密度（LDOS）来实现对单个量子发射体的发光特性的精确控制。这种模式也可以通过增强两个荧光发射体之间的近场电磁相互作用而有利于福斯特共振能量转移（FRET）。尽管FRET在纳米科学中有着广泛的应用，但使用纳米光子学来增强FRET仍然是一个有争议的复杂挑战。在这里，我们展示了增强的能量转移内的单个供体-受体荧光团对限制在金纳米孔。在单分子水平上监测供体和受体发射光动力学的实验清楚地建立了纳米孔中的LDOS上的FRET速率的线性依赖性。这些发现被应用于提高FRET率在纳米孔径高达6倍，表明纳米光子学可以用来加强近场能量转移和提高生物光子FRET的应用。
2014-03-10 physics.bio-ph physics.chem-ph 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 parametric down-conversion induced by optomechanical gradient forces in nanophotonic waveguides
平行光子波导中导波的倏逝场引起光机械梯度力。当被设计为具有吸引力的性质时，它们随着波导之间的间隙减小而呈指数增加。此外，由于梯度力的振幅与输入激光功率呈线性关系，因此可以很好地控制梯度力的振幅。在这里，我们建议利用光机械梯度力的固有非线性性质，诱导两个双钳位纳米光子束的基模之间的可调谐3波耦合。对于具有另一光束的一半宽度的光束中的一个，基模之间的1：2内共振支持简并自发参量下转换（SPDC）。我们从理论上探讨了基本的退化参量振荡器模型的耗散相图的主要特点，表明临界点的SPDC发生在参数，以及达到国家的最先进的实验。
2021-02-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Hybrid quantum nanophotonic devices with color centers in nanodiamonds
纳米金刚石中的光学活性色心为产生和操纵光的量子态提供了独特的机会。这些机械、化学和光学上坚固的发射器可以大量生产，确定性地操纵，并与各种量子器件几何形状和光子材料平台集成。具有深亚波长尺寸的纳米金刚石耦合到纳米光子结构，其特征在于光-物质相互作用的巨大增强，有望在量子光子系统中实现高比特率。我们回顾了最近的进展，控制技术的合成，选择和操纵纳米金刚石为基础的色心与量子纳米光子器件的集成。
2022-08-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Amplified Directional Photoluminescence from CIS Quantum Dots and hBN Quantum Emitters using Tunable BIC Metasurfaces
本研究提出一种结合相变材料Sb2S3的有源混合超表面，通过支持可调谐BIC共振，实现了CIS量子点和hBN单光子发射器光致发光的显著定向放大与动态调控，为量子纳米光子芯片设定了新基准。
2025-10-12 physics.optics quant-ph
Reducing system dimensionality with long-range collective dipole-dipole interactions
本文通过共振纳米光子结构中的长程偶极-偶极相互作用，将三维发射体集合的有效维度降低至2.20，为操纵相互作用系统的维度提供了新途径。
2024-03-16 physics.optics quant-ph
Quantum yield of an emitter proximate to nanostructures: a quantitative understanding
激子-表面等离子体激元耦合是最基本的光-物质相互作用的核心，并且不仅是发射体的固有性质的结果，而且是发射体-环境相互作用的结果。因此，电磁环境的变化，如在金属纳米等离子体结构和发射器的情况下，显著地改变近场光-物质相互作用，这导致金属纳米结构和发射器之间的激子形式的能量转移。然而，这一机制在很大程度上仍未得到探索。在此，我们发展并应用半经典电动力学理论和模拟技术来分析激子-表面等离子体激元耦合的能量传递机制。研究了发射体的量子效率作为发射体相对于纳米颗粒及其组装体的位置的函数，纳米颗粒及其组装体的局部等离子体激元场通过形成复杂的耦合模式以及局部介电环境而被修改。这项研究为纳米光子学的基础科学提供了理论上的见解，并揭示了在超低功率激光器，量子信息处理，光子学，量子化学和化学传感等广泛领域前所未有的应用。
2022-03-10 physics.optics
Nanophotonic control of circular dipole emission: toward a scalable solid-state to flying-qubits interface
利用纳米结构控制单量子发射体的光子发射对于可扩展的片上量子信息处理至关重要。如今，纳米谐振器可以影响发射器的寿命，并最终在发射器和光场之间引起强耦合，而纳米天线可以控制发射的方向性。将这种控制扩展到操纵轨道角动量变化跃迁的发射，将使长寿命固态量子比特和飞行量子比特之间的耦合成为可能。由于这些过渡与圆形，而不是线性偶极子，这样的控制需要详细的知识的空间依赖的相互作用的复杂偶极子与高度结构化的光学本征态包含本地螺旋。使用一个经典的模拟，我们在实验上映射的圆偶极子的光子模式的模型结构，一个光子晶体波导。我们表明，根据当地的螺旋偶极子可以耦合到模式传播到左边或右边。这些地图与计算结果非常吻合。因此，我们的测量结果表明，自旋光子耦合的途径与近单位（0.8 $\pm$ 0.1）的效率。
2014-11-25 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Controlling collective spontaneous emission with plasmonic waveguides
我们展示了一个等离子体激元的路线来控制集体自发发射的二能级量子发射。超辐射和亚辐射效应的观察距离相当于等离子体纳米通道内的工作波长。这些等离子体激元波导可以在其截止频率下提供有效的ε近零操作，并且在较高频率下提供法布里-珀罗谐振。相关的等离子体共振模式被发现有效地提高建设性（超辐射）或破坏性（亚辐射）位于波导内的不同的量子发射器之间的干涉。通过增加位于伸长的等离子体激元通道中的发射器的数量，超辐射效应在ε近零操作下增强，导致集体自发发射率的强相干增加。此外，可以改变相邻发射器之间的间隔距离及其发射波长，以动态地控制等离子体系统的集体发射性质。量子超辐射模和量子次辐射模之间的动态变化在量子比特的量子纠缠、低阈值纳米激光器和高效传感器等方面有着广阔的应用前景。
2016-10-24 physics.optics
Incorporating QM/MM molecular dynamics into the few-mode quantization approach for light-matter interactions in nanophotonic structures
该研究提出一个耦合ab initio QM/MM分子动力学与少模场量子化的通用框架，用于模拟纳米尺度分子发射体的光物质相互作用，揭示了分子自由度、无序性及场非均匀性对强耦合和腔介导能量转移的影响。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Near-field collection of fluorescence of quantum dots with a fiber-integrated multimode plasmonic probe
强的光-物质相互作用和对量子发射体荧光的高效光学收集是量子和纳米光子领域的重要课题。高质量的腔体、色散光子晶体波导甚至等离子体结构被用来增强与量子发射体的相互作用，从而实现对荧光的有效收集。本文提出了一种利用多模银纳米线波导收集量子点荧光的新方法。荧光寿命的测量进行研究量子点和不同的等离子体激元模式之间的耦合。与远场收集方法相比，银纳米线光纤探针理论上可以实现近1的收集效率。这种光纤集成等离子体探针可能在纳米光子学领域中是有用的，也有希望用于量子信息器件。
2017-01-11 physics.optics
Spontaneous decay of an emitter's excited state near a finite-length metallic carbon nanotube
从理论上研究了置于金属单壁碳纳米管（SWNT）附近的发射极的激发态的自发衰减。发射极-单壁碳纳米管的耦合强烈地依赖于发射极相对于单壁碳纳米管的位置、单壁碳纳米管的长度、偶极跃迁频率和发射极的取向。在高频区，单壁碳纳米管电导率谱中的共振频率处存在自发衰减率谱的下降。在中频范围内，单壁碳纳米管的电导率非常低，并且自发衰减率实际上不受单壁碳纳米管的影响。在低频范围内，自发衰减率的频谱包含在单壁碳纳米管中表面波传播的天线谐振频率处的谐振。在这些共振频率的总的和辐射的自发衰变率的几个数量级的增强预测。尽管天线谐振的Q因子低，但由于近场区中的电磁场的幅度非常高，实现了强发射极场耦合。当发射极与单壁碳纳米管的天线共振耦合时，激发发射极态的布居数出现真空拉比振荡。
2010-08-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Unidirectional single-photon emission from germanium-vacancy zero-phonon lines: Deterministic emitter-waveguide interfacing at plasmonic hot spots
为了实现纳米级的固态单光子源，我们研究了基于单晶纳米金刚石（ND）中孤立的单个锗空位（GeV）中心的类原子量子发射体。低温表征表明，与大块金刚石中的GeV中心相比，其基态的能量分裂增强高达6倍（即，在高应变ND中高达870 GHz，而在体中为150 GHz）。利用光刻对准技术，我们展示了一个集成的纳米光子平台，用于确定性接口等离子体激元波导与隔离GeV中心的ND，使单光子衰减率的10倍增强，以及通过明智地设计和定位布拉格反射器的发射方向控制。这种方法允许人们实现从单光子偶极源的单向发射，引入了一种新的方法，该方法是基于手性相互作用或拓扑保护的传播方向相关的技术的替代。所开发的基于等离子体激元的纳米光子平台由此为量子纳米光子学开辟了新的前景，特别是实现单光子和自旋量子比特之间的纠缠。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Non-Markovian spontaneous emission dynamics of a quantum emitter near a MoS$_2$ nanodisk
我们介绍了一种由二维材料制成的光子纳米结构，它可以导致附近量子发射体的自发发射的非马尔可夫动力学。具体来说，我们调查的自发发射动力学的两个级别的量子发射体与皮秒自由空间衰减时间，建模J-聚集体，接近一个MoS $_2$纳米盘。当量子发射器的频率与纳米盘产生的激子-极化激元共振的频率相匹配时，量子发射器中的可逆粒子数动力学得到。当这种孤立的共振存在时，衰减拉比振荡可能发生。激子-极化激元共振的重叠也强烈地影响在纳米盘近距离处的衰减动力学，从而引起复杂的衰减布居振荡。在非常近的距离的发射极的纳米盘的超强耦合制度出现，在一个非常快速的振荡部分衰减的初始人口，发射极的剩余人口保持恒定的时间很长，人口捕获发生。纳米盘的尺寸和材料质量对上述结果的影响较小。
2019-04-19 physics.optics quant-ph
Surface plasmon enhancement of spontaneous emission in graphene waveguides
本工作分析了放置在石墨烯波导附近的单个发射极的自发发射，所述石墨烯波导由两个平行的石墨烯单层形成，具有绝缘体间隔层。在这种情况下，由结构支持的本征模，例如表面等离子体激元和波导模，为靠近波导放置的电偶极子提供衰减通道。我们计算了对称和反对称本征模的衰减率作为频率和发射器的方向的函数的贡献。结果表明，由于导模激发引起的自发发射的变化远小于对称和反对称表面等离子体激发引起的相应衰减，从而显著增强了自发发射.作为石墨烯波导中表面等离子体激元的高限制的结果，我们发现，在表面等离子体激元模式存在的整个频率范围内，具有垂直取向（相对于石墨烯片）的发射器的衰减速率是具有平行取向的相同发射器的相应衰减的两倍。从金属-介电结构（其中结构参数决定这种发射的范围和幅度）来看，我们的工作表明，通过动态地调整石墨烯的化学势，可以在很宽的范围内选择衰减速率增强的光谱区域。
2016-09-13 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
Engineering and Tuning of high quality hexagonal boron nitride nanophotonic resonators
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS)（变革性超光学系统卓越研究中心）
本文通过制备一维光子晶体腔和微盘谐振腔，实现了高Q值的光-物质相互作用，展示了通过原子层沉积和气体冷凝实现谐振腔模式调谐的方法，为实现六方氮化硼中的发射器-谐振腔耦合和集成量子光子电路奠定基础。
2026-04-30 physics.optics
