Long-range surface plasmon polariton excitation at the quantum level
我们提供了在薄金属条上激发长程表面等离子体激元（LRSPPs）的量子力学描述。激发过程包括一个衰减反射设置，其中有效的光子到LRSPP波包传输被证明是可以实现的。为了计算耦合，我们推导出第一量子化的LRSPPs的极化激子制度。我们研究了传输过程中的量子统计特性，并对单光子、光子数态和光子相干叠加态的光子到LRSPP量子态传输特性进行了表征。
2009-06-02 quant-ph
Theory of Plasmon-assisted Transmission of Entangled Photons
最近的表面等离子体纠缠实验[E. Altewischer等人，Nature（London）418，304（2002）]的理论分析。发现在非聚焦情况下传输时的纠缠保持提供了关于双光子与金属膜相互作用的信息。在一个完全多模模型的框架中解释了在聚焦情况下的纠缠退化。这种现象是金属纳米结构膜的偏振选择性过滤行为的结果。
2003-08-13 quant-ph
Theory and limits of on-demand single photon sources using plasmonic resonators: a quantized quasinormal mode approach
已知耦合到等离子体共振器的量子发射器允许增强的宽带Purcell因子，并且这种系统最近已经被建议作为具有快速操作速度的按需单光子源的可能候选者。然而，一个真正的单光子源有严格的要求，高效率（亮度）和量子不变性的发射光子，这可以量化通过双光子干涉实验。为了帮助解决这个问题，我们采用并扩展了最近开发的量化准常态模式的方法，它严格量化任意有损开放系统模式，计算关键参数，准确地量化基于等离子体激元的单光子源的品质因数。我们还提出了一个量化的输入输出理论来量化的辐射和非辐射量子效率。我们使用由两个金纳米棒组成的纳米等离子体激元二聚体谐振器来验证该理论，该谐振器产生大的Purcell因子和良好的辐射输出β因子。考虑到光脉冲激发方案，我们探索了脉冲持续时间和纯退相对单光子性质的关键作用，并表明，超短脉冲（亚ps）通常需要这样的结构，即使是低温操作。我们还量化了单光子和双光子发射过程的非辐射β因子的作用。我们的一般方法可以应用到各种各样的等离子体系统，包括金属，和腔波导系统，而不求助于唯象量子化方案。
2019-04-05 quant-ph
Raman Modes Non-classicality through Entangled Photons Coupling to Plasmonic Modes
本文研究了喇曼模的非经典特性。实际上，最初的目标是确定我们如何以及通过何种方法可以在拉曼模式中诱导非经典性。我们介绍了一种等离子体系统，其中拉曼染料分子被埋在两个壳的等离子体材料类似于洋葱状的核/壳纳米粒子。该系统被激发的纠缠光子，然后通过分析其运动动力学使用海森堡-朗之万方程的信号-空闲模式和拉曼模式的时间演化的推导。有趣的是，纠缠光子耦合到等离子体激元模式，用于改善非经典性。结果表明，纠缠光子激发系统导致拉曼模的非经典性和拉曼模之间的纠缠。考虑到入射波频率和拉曼模式频率之间的相关性，这种行为归因于耦合到拉曼模式的输入模式的非经典性。值得注意的是，这些量子特性受到环境温度和等离子体纳米颗粒周围拉曼分子位置的显著影响。模拟结果表明，温度升高对系统动态特性有显著影响。此外，我们还发现入射模与核/壳纳米粒子产生的等离子体激元模之间的耦合必然会影响系统中模间的纠缠。最后，作为一个重要的结果，揭示了拉曼模式，如斯托克斯和反斯托克斯模式显示复苏的行为，这是一个量子现象。
2018-03-13 quant-ph
Spatial mode properties of plasmon assisted transmission
利用光子的轨道角动量研究了等离子体辅助传输过程的空间模式特性。我们发现，携带不同轨道角动量的光子具有不同的传输效率，而这些空间模式之间的相干性可以保持。
2006-09-11 quant-ph
Time-Resolved Detection of Photon-Surface-Plasmon Coupling at the Single-Quanta Level
非经典光场与表面等离子体激元的相互作用因其重要的意义和潜在的应用前景而引起了人们的广泛关注。为了更深入地了解光子-表面-等离子体激元耦合的量子性质，相互作用的时间分辨检测是非常宝贵的。在这里，我们展示了时间分辨探测光子表面等离子体激元耦合利用单个和纠缠光子长相干时间激发单光学等离子体激元。利用时间分辨的Cauchy-Schwarz不等式研究了这类系统中单光子和单光学等离子体激元之间的非经典关联。通过对入射单光子波形的控制，实现了具有可编程时间波包的单光子等离子体激元。单光子等离子体激元的时间分辨探测和相干控制为研究和控制纳米尺度的光-物质相互作用提供了新的机会。
2020-09-28 physics.optics quant-ph
Ultrabroad resonance of localized plasmon on a nanoparticle coupled with surface plasmon on a nanowire enabling two-photon excited emission via continuous-wave laser
本文研究银纳米颗粒与银纳米线耦合等离激元热点的超宽带电磁增强，揭示其可在连续波近红外激光下实现双光子激发发射，并阐明发射强度差异主要由热点间隙距离对增强因子的敏感性决定。
2025-04-18 physics.optics quant-ph
Generation of photon-plasmon quantum states in nonlinear hyperbolic metamaterials
我们通过非线性等离子体和超材料纳米结构中的自发波混合开发了集成成对光子等离子体激元产生的一般理论框架，通过电磁格林函数严格解释了量子机制中的材料色散和损耗。我们在具有70%内部量子效率的层状金属-介质结构中发现了光子-等离子体激元关联，并揭示了双曲型超材料中由于拓扑转变而导致的宽带产生增强的新机制。
2016-01-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Single-photon generation at room temperature using molecular optomechanics in a hybrid photonic-plasmonic cavity
提出混合光子-等离子体腔中的单分子光力学结构，通过 g^2(0) 计算和量子路径干涉分析，证明弱耦合下可实现室温单光子发射。
2023-12-18 physics.optics quant-ph
Pure dephasing induced single-photon parametric down-conversion in an ultrastrong coupled plasmon-exciton system
在耦合量子系统中，作用于混合系统的一个成分的纯退相机制破坏对称性并实现在非耦合系统中被禁止的光学跃迁，即，纯失相浴打开级联耗散路径。在这里，我们表明，这种机制，使单光子诱导的参量下转换在一个超强耦合等离子体激子系统。快速纯退相的激子被证明支持光子对产生的主导能量弛豫途径。
2022-07-25 physics.optics quant-ph
Quantum-Plasmonic Dynamics Modeled via a Modified Langevin Noise Formalism: Numerical Studies of Single-Photon Emission and Two-Photon Interference
Pohang University of Science and Technology（浦项科技大学）；Purdue University（普渡大学）
本文提出了一种改进的Langevin噪声形式，用于建模量子等离子体动力学，展示了在单光子发射和双光子干涉中的应用及非马尔可夫动力学的分析。
2025-12-08 physics.optics quant-ph
Single photon sources from two dimensional materials and their interfacing with plasmonic waveguides
本文综述了二维材料单光子源的形成和控制。我们批判性地分析了这些量子发射器在室温和低温下的产生和控制。确定性的形成和位置控制的方法进行了阐述和形象地解释。我们从各种二维和非二维资源中招募主要的单光子源。等离子体波导和单光子源与他们的接口进行了严格的分析和审查。此外，我们设想的几何形状的等离子体波导的最大耦合的单光子。
2019-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas quant-ph
Quantum plasmonic sensing using single photons
将传感设备中的噪声降低到散粒噪声极限以下是量子技术的关键承诺之一。在这里，我们研究了基于衰减全反射配置与单光子作为输入的量子等离子体传感。我们的传感器是Kretschmann配置与金膜，和血液蛋白质在水溶液中具有不同的浓度作为分析物。折射率的估计是使用预示的单光子进行的。我们还确定了估计误差的统计分析，在一些重复的相同和独立的实验。我们表明，我们的等离子体传感器与单光子的错误低于散粒噪声限制，即使在存在各种实验缺陷。我们的研究结果表明，量子等离子体激元传感的实际应用是可能的，给出了一定的改进的设置调查，并铺平了道路，为未来一代的量子等离子体激元应用的基础上类似的技术。
2018-10-26 physics.optics quant-ph
Giant Spin Hall Effect in Single Photon Plasmonics
基于自发发射和等离子体平台上偶极-偶极相互作用引发的能量转移（FRET），我们证明了在单光子等离子体中存在非常大的光自旋霍尔效应（SHEL）.麦克斯韦方程组中固有的自旋轨道耦合可以在σ +光子到σ-光子的转换中看到。FRET是介导的共振表面等离子体激元，因此我们发现非常大的SHEL。我们提出了明确的结果SHEL石墨烯和金属薄膜。我们还研究了金属薄膜表面等离子体激元的分裂对SHEL的影响。与大多数其他作品处理SHEL作为校正的傍轴结果，我们认为SHEL在近场的偶极子远离傍轴。
2012-12-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Singular enhancement of emission of entangled photons for surface plasmon polaritons
研究了超光传播激光诱导非线性极化时金属-介质界面光子对的发射。使用激光波的倾斜入射，由于多普勒效应，可以调谐所生成的光子的频率。对于每一个小于激发极化频率的频率，都存在一个激发角。发射的光子对处于偏振纠缠态。估计了排放量。
2014-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photons, phonons, and plasmons with orbital angular momentum in plasmas
研究了非磁化均匀等离子体复杂介质中具有轨道角动量的精确本征模。发现了三种具有OAM的精确本征模式，即，光子声子和等离子体激元结果表明，在没有OAM的情况下，一个OAM光子可以被两个常见的贝塞尔模激发。对于声子和等离子体激元，它们的OAM由电子和离子携带。等离子体中的OAM模及其特性可以在等离子体物理和加速器物理中得到各种潜在的应用。
2016-08-07 physics.acc-ph physics.plasm-ph quant-ph
Single-photon excitation of surface plasmon polaritons
我们提供了单光子激发金属表面表面等离子体激元的量子力学描述。一个衰减反射设置描述的量子激发过程中，我们发现非常有效的光子表面等离子体波包转移。使用一个完全量子化的治疗领域，我们介绍了它们的相互作用的哈密顿量和研究的量子统计在转移过程中的金属和没有损失。
2008-10-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Bright and polarized fiber in-line single photon source based on plasmon-enhanced emission into nanofiber guided modes
我们展示了一个明亮的偏振光纤同轴单光子源的基础上，等离子体增强发射的胶体单量子点到一个光学晶体。我们发现，单量子点的发射特性可以强烈增强在单个金纳米棒的存在下，导致一个明亮的和强偏振的单光子发射。单光子有效地耦合到光纤的导模，并最终耦合到单模光纤。单光子源的亮度（光纤耦合光子计数率）估计为12.2（0.6）MHz，具有高单光子纯度（g2（0）= 0.20（0.04））和高达94- 97%的偏振度。该装置可以集成到光纤网络中，为量子网络中的潜在应用铺平了道路。
2022-06-27 physics.optics quant-ph
Laser-driven parametric instability and generation of entangled photon-plasmon states in graphene and topological insulators
我们表明，一个强的红外激光束倾斜入射到石墨烯可以经历一个参数不稳定性衰减成低频（闲频）光子和太赫兹表面等离子体。这种不稳定性是由于石墨烯的空间色散引起的强烈的面内二阶非线性响应。参量衰减导致THz等离子体激元的有效产生，并引起闲频光子和表面等离子体激元态的量子纠缠。类似的过程可以由拓扑绝缘体如Bi $_2$ Se $_3$的表面态支持。
2016-04-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A plasmonic nanoantenna based triggered single photon source
高度集成的单光子源是未来量子光学电路的关键部件。虽然单光子的概率生成现在可以常规地完成，但它们的触发生成是一个更大的挑战。在这里，我们描述了在混合等离子体激元器件中触发产生单光子。它由一个耦合到多模光学纳米天线的量子发射器组成。对于适度的子系统之间的相互作用强度，量子光学演化的描述可以简化的绝热消除的纳米天线模式的电磁场。这导致了发射器的动态有见地的分析，需要有机会了解设备的物理特性，并确定所需操作的参数制度。即使在这项工作中提出的方法是一般的，我们认为一个简单的示例性设计的等离子体纳米天线，由两个银纳米棒，适合于触发产生单光子。
2016-05-18 physics.optics quant-ph
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
Plasmon-enhanced polarized single photon source directly coupled to an optical fiber
一个明亮的光纤耦合偏振单光子源是基于当今现有光纤基础设施的任何现实量子网络的重要组成部分。在这里，我们开发了一个Purcell增强的，在室温下的单光子的偏振源，通过耦合单个胶体量子点的局部表面等离子体极化激元模式的单个金纳米棒，结合在表面上的光学晶体。在光纤模式下，对应于86 $\%$的偏振度，测量到光子发射的最大增强为62倍，亮度增强为4倍。光子与波导模的倏逝耦合确保了与单模光纤的自动耦合。我们的技术开辟了一条道路，实现明亮的偏振单光子源连接到光纤网络使用一个简单的复合技术。
2022-03-03 physics.optics quant-ph
Nanofabrication of Plasmonic Circuits Containing Single Photon Sources
研究了基于纳米金刚石中氮空位中心激发的介质加载表面等离子体激元波导（DLSPPWs）的光子器件的纳米结构。DLSPPW电路是围绕含有纳米金刚石的NV构建的，这些纳米金刚石被认证为单光子发射体，使用电子束光刻氢倍半硅氧烷（HSQ）在银涂覆的硅衬底上进行抗蚀。用DLSPPW测量了NV单光子发射的传播长度约为20 μm。一个5倍的总衰减率和高达63%的耦合效率的DLSPPW模式的增强实现，表明显着的模式限制。最后，我们展示了单等离子体激元与DLSPPW为基础的定向耦合器的路由，揭示了我们的方法的量子光网络的片上实现的潜力。
2017-08-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Coherence is Preserved in Extremely Dispersive Plasmonic Media
量子等离子体实验已经在多个场合报道了离散等离子体的量子相干性的观察，其表现出量子干涉可见性的显著保留，这对于在传播期间具有高欧姆损耗的混合光和物质的系统来说是一个看似令人惊讶的特征。然而，迄今为止，大多数实验基本上使用弱限制的等离子体激元，其经历有限的光物质杂交，从而限制了退相干的潜力。在这里，我们报告的量子相干性的表面等离子体激元极化激元（SPP）共振频率附近的等离子体激元，等离子体激元的色散和限制是比以前的实验强得多。我们使用自发参量下转换产生了偏振纠缠光子对，并通过等离子体孔阵列传输其中一个光子，该等离子体孔阵列设计用于将入射单光子转换为高度色散的单SPP。我们发现质量的光子纠缠后的等离子体通道未受扰动的引入一个高度色散的等离子体元件。我们的研究结果为金中色散等离子体的纯退相时间提供了100飞秒的下限，并表明即使在高度色散的情况下，表面等离子体也能保持量子力学相关性，从而有可能利用极端光限制的力量进行集成量子光子学。
2019-05-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quantum teleportation mediated by surface plasmon polariton
表面等离子激元（SPP）是自由电子沿金属-电介质界面传播的集体激发。虽然一些基本的量子特性，如纠缠的保存，波粒二象性的一个单一的等离子体激元，量子干涉的两个等离子体激元，和纠缠产生的验证，已被证明，更先进的量子信息协议尚未证明与SPP。在这里，我们实验上实现了单光子与SPP之间的量子态隐形传态。为了实现这一点，我们使用偏振纠缠光子对，相干光子等离子体光子转换的金属亚波长孔阵列，完整的贝尔状态测量和主动前馈技术。量子态和量子过程层析成像的结果都证实了SPP介导的隐形传态的量子性质。平均状态保真度为0.889 $\pm$ 0.004和过程保真度为0.820 $\pm$ 0.005，这是远远高于经典的限制，实现。我们的工作表明，SPP可能是有用的实现复杂的量子协议的光子-等离子体激元混合量子网络。
2021-01-18 physics.optics quant-ph
Spontaneous down conversion in metal-dielectric interface - a possible source of polarization-entangled photons
研究了激光斜入射时金属-介质界面的自发下转换现象。在这种情况下，如果使用对应于用于产生的等离子体的Kretschmann配置的激发角，则可以以高效率产生偏振纠缠表面等离子体激元对。如果使用适当的纳米结构的金属膜，允许直接激发表面等离子体激元并满足它们与所产生的表面等离子体激元的相位匹配条件，则可以进一步提高效率。
2014-06-09 physics.optics quant-ph
Single-photon nonlinear optics with graphene plasmons
我们表明，它是可能实现显着的非线性光学相互作用在几个光子水平的石墨烯纳米结构。我们的方法利用了与石墨烯等离子体激元的强约束和石墨烯的大的固有非线性相关的电场增强。这样的系统可以为光的量子非线性光学控制提供一个强大的平台。作为一个例子，我们考虑利用这种大的非线性实现单光子开关的集成光学器件。
2014-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photonic Chern insulators from two-dimensional atomic lattices interacting with a single surface plasmon polariton
我们研究了二维原子晶格在表面等离子体激元模单次激发下的极化激元能带结构。通过原子到不同角动量的激发态的共振跃迁，我们证明了实现不同陈数拓扑能隙的可能性。我们采用的计算方法的基础上，最近提出的狄利克雷-诺依曼（DtN）映射技术，准确地模拟非马尔可夫动力学以及涉及高阶电和磁多极过渡的相互作用。我们设计了拓扑鲁棒的边缘态，用于实现单光子的单向发射和非互易传输。我们还指出了在这样的系统中实现具有较高陈数的频带的挑战。
2021-01-22 physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a quantum emitter to surface plasmon polaritons, Purcell enhanced generation of indistinguishable single photons and quantum information processing
集成光子电路是全光、片上量子信息处理和量子计算机的重要组成部分。纳米等离子体电路中的确定性集成单光子源导致了在衍射极限之外操作的密集封装的可扩展量子逻辑电路。在这里，我们报告的耦合效率的单光子源的等离子体波导，特征传输光谱，传播长度，衰减长度，和等离子体的珀塞尔因子。我们模拟了金属-介质-金属波导中不同宽度介质的透射谱，以找到合适的波长。发现Al $_{2}$ O $_{3}$的最大传输长度为3.98 m，介电宽度为140 nm，耦合效率大于82%.发现等离子体Purcell因子与介电宽度（w）成反比，当w等于1 nm时，其高达31974。我们还计算了光子的量子特性，如不可逆性，发现如果单光子源是确定性耦合的，它可以通过等离子体纳米腔增强。进一步，我们提出了一个可扩展的金属-介质-金属波导基于量子逻辑电路使用的等离子体电路和马赫-曾德尔干涉仪。
2021-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Crystal excitations features in the photon emission spectrum of the quantum channeled particle
考虑了晶体中量子取向粒子的声子和电子激发过程。给出了具有通道粒子的声子和等离子体激元发射几率的表达式。发展了晶体中有沟道粒子的激发过程和光子的同时发射过程的理论。证明了电子和声子晶体激发结构的所有特征都表现为定向快带电粒子的辐射分量。考虑了晶体靶中量子通道粒子的光子发射和等离子体激元激发。考虑到晶体中的等离子体激元能量与沟道粒子在其中运动的势阱的深度具有相同的数量级。考虑到晶体中等离子体激元的弱色散，这导致选择固定的等离子体激元能量。结果表明，在静止系中，快带电粒子发射的光子的能量等于横向运动的两个量子化能级之间的能量差，并扣除净等离子体激元能量。研究了光子等离子体激元辐射的特性。
2015-07-16 cond-mat.other physics.optics quant-ph
