Comment on "Thermal, Quantum Antibunching and Lasing Thresholds from Single Emitters to Macroscopic Devices"
在最近的一封信[物理。126，063902（2021）]，M. A. Carroll等人导出了一个模型，用于分析确定腔体中发射器的热、集体反聚束和激光发射机制。根据他们的模型，纳米激光器表现出一个明显的阈值，在该阈值处，相干激光场以有限的泵浦速率从分叉出现。该相干场的幅度随着泵浦速率的进一步增加而增加。这种行为与单模高$β$纳米激光器中向激光的转变的通常观点形成对比，根据该通常观点，随着泵浦速率的增加，进入激光模式的强自发发射导致从热态到相干态的平滑转变。在这里，我们证明了作者忽略了他们的模型方程中的重要项，这导致了分叉和理想的单色场以有限的泵浦速率出现。
2021-10-17 physics.optics quant-ph
Coherence build up and laser thresholds from nanolasers to macroscopic lasers
本文通过包含相干与非相干变量的纳米激光器模型，揭示了从纳米到宏观激光器阈值处相干建立的统一机制，并验证了模型与实验一阶相干性测量结果的一致性。
2023-02-17 physics.optics quant-ph
Few-emitter lasing in single ultra-small nanocavities
激光在信息存储、处理、通信、传感、生物研究和医学应用中无处不在[1]。为了减少它们的能量和材料使用，一个关键的探索是将激光器降低到纳米腔[2]。获得最小的模式体积需要等离子体纳米腔，但对于这些，增益仅来自单个或几个发射器。到目前为止，由于低增益和高腔体损耗，这种器件中的激光是无法获得的[3]。在这里，我们展示了一个等离子体纳米激光接近单分子发射区制度。激光跃迁显著加宽，并且取决于分子的数量和它们各自的位置。我们证明了这可以通过发展一种理论方法[4]来理解，该方法扩展了以前的弱耦合理论[5]。我们的工作为开发纳米激光应用铺平了道路[2，6，7]以及在少数发射器限制下的基础研究[5，8，9]。
2021-07-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Vibrationally Induced Resonances in Lasing
University of Turku（图尔库大学）；TU Wien（维也纳工业大学）
研究通过振动结构对激光共振的影响，揭示了振动能级与激光强度之间的关系，挑战了传统非相干驱动近似，并为分子尺度纳米激光器的理解奠定基础。
2026-04-01 physics.optics quant-ph
Efficient stochastic simulation of rate equations and photon statistics of nanolasers
基于单模二能级激光器的速率方程模型，详细描述了模拟微纳激光器动力学和稳态行为的两种随机算法。这两种方法导致稳态光子数和激光器的统计特性，但其中一种算法被证明是显着更有效。这种算法，被称为吉莱斯皮的第一反应方法（FRM），给出了一个千倍的计算时间减少相比，早期的算法，同时也规避了数值问题的时间增量的大小和排序的事件。利用FRM计算了腔内光子的分布，发现数值结果与解析结果吻合得很好。最后，FRM被施加到一组略有改变的速率方程，它表明，无论是分析和数值计算结果表现出的功能，通常与纳米激光器中存在的强发射极间的相关性。
2020-10-20 physics.optics
Modeling Quantum Noise in Nanolasers using Markov Chains
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；NanoPhoton - Center for Nanophotonics, Technical University of Denmark（丹麦技术大学纳米光子中心）；Université Côte d’Azur（蔚蓝海岸大学）；CNRS, Institut de Physique de Nice（法国国家科学研究中心尼斯物理研究所）
本文提出通过简单速率方程和离散光子数假设，建立纳米激光器量子噪声模型，推导其从开放量子系统主方程，并比较不同方法，发现马尔可夫链模型在排除集体发射效应时更准确。
2026-03-16 physics.optics quant-ph
Influence of multi-electronic states on few-quantum-dot nanolasers
本文从实验和理论两方面研究了嵌入量子点的光子晶体腔纳米激光器的增益机制。在低激发功率下的时间分辨测量中，我们发现四个激子耦合到腔中。在高激发功率下，我们观察到从自发发射到激光的平滑的低阈值跃迁。然而，在激光发射开始之前，观察到激子饱和，并且激光发射所需的增益来源于多电子跃迁，这产生了宽的发射背景。我们将实验与量子点微腔激光器的模型进行比较，发现向腔体馈电的发射器的数量必须大大超过4个，这证实了增益是由多电子态提供的。我们的结果与理论预测一致。
2013-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Quantum Langevin approach for superradiant nanolasers
本文提出了一种解析求解量子非线性朗之万方程的新方法，并应用于计算集体效应起重要作用的超辐射激光的光谱。我们计算了任意泵浦速率下的激光光谱，并恢复了众所周知的结果，如阈值区域内激光线宽的泵浦依赖性。我们预测了新的边带峰的超辐射激光器的光谱与大的弛豫振荡，以及新的非线性结构的激光光谱中的弱泵浦率。我们的方法揭示了新的光的重要性，人口波动的激光线宽变窄，在结构的激光光谱，并在过渡到相干操作。
2020-12-04 physics.optics quant-ph
Purcell Effect in the Stimulated and Spontaneous Emission Rates of Nanoscale Semiconductor Lasers
纳米尺度半导体激光器最近已经开发出使用金属、金属-电介质或光子晶体纳米腔。虽然纳米激光器技术正在稳步部署，但由于对其一些关键特性的了解有限，其用于片上光学互连的预期性能在很大程度上仍然未知。具体地，随着腔尺寸相对于发射波长减小，受激发射和自发发射速率被修改，这在腔量子电动力学的上下文中被称为Purcell效应。这种效应预计将在纳米激光器的“无阈值”行为及其调制速度中产生重大影响，但其作用在实际激光器结构中知之甚少，其特征在于显著的均匀和不均匀加宽以及活性材料和腔场的复杂空间分布。在这项工作中，我们调查的受激和自发发射率的半导体激光器的Purcell效应的作用，考虑到载流子的空间分布在很宽的范围内的腔尺寸和发射极/腔线宽的有源区的体积，使微观或纳米尺度的激光器使用单模速率方程分析的静态和动态特性的详细建模。缩小这些纳米级光源的Purcell增强和调制速度方面的最终限制也进行了讨论，显示在纳米激光器中预测的超快调制特性是通过减少模体积的受激发射率的增强的直接后果。
2018-01-26 physics.optics quant-ph
Room-temperature polariton lasing in quantum heterostructure nanocavities
控制固态系统中的光-物质相互作用激发了大量的研究，以产生被称为激子-极化激元的玻色子准粒子，这需要激子和腔光子之间的强耦合。超低阈值相干光发射器可以通过激子-极化激元凝聚体的激光来实现，但这通常需要复杂的器件结构和低温。室温下工作的极化激元纳米激光器是相关研究的重要方向，不仅可以探索纳米尺度下的极化激元物理，而且在量子信息系统、全光逻辑门和超低阈值激光器等方面具有潜在的应用前景。然而，目前，室温极化激元纳米激光器的进展受到激子的热不稳定性和纳米腔固有的低品质因数的限制。在这里，我们展示了室温极化激元纳米激光器，通过设计宽禁带半导体异质结构纳米腔产生热稳定的激子与纳米腔光子耦合。由此产生的激子极化激元的拉比频率约为370毫电子伏的混合状态，使持久的极化激元激光到室温，有利于实现小型化和集成的极化激元系统。
2018-09-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Single-mode emission by phase-delayed coupling between nano-lasers
本文提出利用相位延迟耦合实现纳米激光器稳定单模发射，通过分离模式阈值，适用于阵列，提升亮度与稳定性，助力光子芯片应用。
2024-07-04 physics.optics
Regime of small number of photons in the cavity for a single-emitter laser
从理论上研究了单发射极激光器在腔内产生少量光子的最简单模型。从场算符不同矩的方程组出发，得到了平均光子数及其色散的解析表达式。利用主方程方法，推导出相位平均准概率Q的微分方程。在某些极限情况下，找到了该方程的精确解.
2021-08-19 physics.optics quant-ph
Dynamics of Many-Emitter Ensembles: Probing Cooperative Evolution with Scalable Quantum Circuits
University at Buffalo SUNY（布法罗纽约州立大学）
本文通过可扩展的量子电路研究多个量子发射器耦合系统，揭示协同动力学，特别是超辐射发射在不同参数下的特性，验证了量子算法在模拟多发射器系统中的有效性。
2026-03-13 physics.optics quant-ph
Resonant Parametric Photon Generation in Waveguide-coupled Quantum Emitter Arrays
本文提出波导耦合量子发射器阵列中时间调制共振频率产生参量光子的理论，将其解释为动力学卡西米尔效应，并证明可通过调制相位控制发射方向性与光子关联，同时揭示发射光谱对非谐性的依赖及单、双激发态共振。
2024-05-06 physics.optics quant-ph
Controlling single-photon scattering in a rectangular waveguide by a V-type three-level emitter
本文研究了矩形波导中V型三能级辐射体对单模区以外大范围入射光子的散射。利用Lippmann-Schwinger形式，解析地导出了完全透射和完全反射的充要条件。在单模区，通过调节发射极的参数，可以实现电磁感应透明（EIT）引起的完全透射和Fano共振引起的完全反射。但在多模区，除了输入态是相干叠加态外，没有理想反射，光子不可避免地会进入其他传播模式，这是由于发射体介导的波导模式间的间接相互作用。由有限截面引起的光子输运的其他显著特征包括反射共振的蓝移和截止频率效应。
2019-08-16 physics.optics quant-ph
Semi-analytical Framework for Modeling Strong Coupling of Quantum Emitters in Electromagnetic Resonators
本研究提出一种基于Lippmann-Schwinger方程的半解析框架，无需拟合即可计算量子发射体与电磁谐振腔耦合系统的复谐振频率，在介质腔示例中相对误差低于万分之一，并建立了经典模型与Jaynes-Cummings量子模型的关联。
2023-08-24 physics.optics
Determining graphene's induced band gap with magnetic and electric emitters
我们提出的数值和分析结果的发射极的寿命在靠近石墨烯片。具体来说，我们分析了参与衰变过程的不同物理通道的贡献。我们的研究结果表明，测量发射体的衰减速率提供了一种有效的途径来感测石墨烯的光电特性，特别是其电子能带结构中潜在带隙的存在和大小。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Indistinguishable Single-Photon Sources with Dissipative Emitter Coupled to Cascaded Cavities
最近，Grange等人[Phys. Rev. Lett. 114，193601（2015）]显示了从量子发射体产生具有高不可逆性的单光子的可能性，尽管存在强的纯退相，但通过“funerals”发射到光子腔中。在这里，我们表明，级联双腔系统可以进一步改善光子特性，并大大降低Q因子的要求，以目前的技术可以实现的水平。我们的方法利用了超小模体积纳米腔的最新进展，并且不需要发射器的超快激发。这些结果是通过数值和封闭形式的分析模型与强发射体退相，代表室温量子发射体。
2018-09-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Reversible dynamics of single quantum emitters near metal-dielectric interfaces
在这里，我们提出了一个系统的研究，一个单一的量子发射器附近的平坦的金属-电介质界面的动力学。我们确定的关键要素，确定在这些系统中的可逆性的发病，通过使用适合于吸收介质的形式主义，并通过一个精确的集成的动态。此外，当量子发射体与表面的距离很小时，我们能够在伪模描述中描述动力学，从而产生分析理解并允许更强大的计算。
2014-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Remote Individual Addressing of Quantum Emitters with Chirped Pulses
我们建议使用啁啾脉冲附近的带隙传播远程地址量子发射器。我们介绍了一个特殊的家庭啁啾脉冲，动态自压缩的亚波长光斑尺寸在其演变过程中的介质中的二次色散关系。我们解析地描述了如何压缩的距离和宽度的脉冲可以通过它的初始参数进行调谐。我们表明，这种脉冲与量子发射极的相互作用是高度敏感的，由于有效的朗道-齐纳过程引起的脉冲啁啾的位置。我们的研究结果提出脉冲工程作为一个强大的控制和探测工具，在量子发射器耦合到结构化水库领域。
2021-03-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Analytical investigation of optical vortices emitted from a collectively polarized dipole array
我们研究了从一个集体极化的电偶极子阵列作为一个简单的模型的几个发射器发射的光涡旋的传播特性。利用基于Jacobi-Anger展开的解析方法，导出了光涡旋的拓扑荷与辐射源条件之间的关系，阐明并报告了我们的新发现：由于偶极场的自旋-轨道相互作用，在电场中存在奇点的内禀分裂.
2015-10-15 physics.optics
Ultrafast single-photon detection based on optical Kerr gates at GHz rates
单光子的超快探测目前受到可用单光子探测器的有限时间分辨率（几皮秒）的限制。光闸提供更快的时间分辨率，但到目前为止，它们主要应用于发射器的集合。在这里，我们通过一个半解析模型证明，单量子发射器的超快时间分辨检测可以使用光学克尔快门（OKS）在GHz速率下聚焦照明。这种技术提供了亚皮秒的时间分辨率，同时保持门效率在85%左右。这些发现为未来单量子发射体超快动力学的实验研究奠定了基础，并对量子纳米光子学和分子物理学产生了影响
2020-10-14 physics.optics quant-ph
Relaxation of a Quantum Emitter Resonantly Coupled to a Metal Nanoparticle
当局域表面等离子体模式通过与激发的量子偶极子的共振耦合被激发时，量子偶极子发射体附近的金属纳米颗粒的存在显著地改变了弛豫动力学：它不再由指数衰减描述，而是表现出阶梯状行为。这种弛豫过程的主要物理结果是，发射主要由金属纳米颗粒决定，具有相当大的延迟。大量的系统参数在我们的分析描述打开了新的可能性，控制量子发射动力学。
2013-11-21 physics.optics
Enhancement of the indistinguishability of single photon emitters coupled to photonic waveguides
实现大规模量子光子学的主要步骤之一是将单光子源（SPS）与光子集成电路（PIC）集成在一起。为此目的，PIC应提供有效的光耦合和光子不可吸收性的高度保持。因此，通过波导设计来优化不可逆性是特别相关的。在这项工作中，我们已经开发了一个分析模型来计算的耦合和不可逆性的一个理想的点源量子发射器耦合到光子波导取决于源的方向和位置。该模型已通过时域有限差分（FDTD）模拟显示一致的结果进行了数值评估。当发射器嵌入波导的中心时实现最大耦合，但有些令人惊讶的是，当发射器放置在波导的边缘时，最大不稳定性出现，在该边缘处，由于表面不连续性，电场更强。
2021-03-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Linear optical elements based on cooperative subwavelength emitter arrays
我们描述了二维亚波长量子发射器阵列作为有效的光学元件在线性制度的应用。对于垂直入射光，合作的光学响应，源于发射极-发射极偶极交换，允许控制阵列的传输，其谐振频率和带宽。对完全偏振的入射光的操作，例如一般的线性和圆形偏振器以及相位延迟器，可以根据琼斯矩阵来设计和描述。我们的分析方法和相应的数值模拟确定最佳制度，这样的操作，并揭示调整阵列的几何形状和外部磁场的幅度和方向的仔细调整的重要性。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Nonclassical Driven-Dissipative Dynamics in Collective Quantum Optics
本论文研究了集体光物质系统中的合作现象，通过双光子共振和分层绝热消除方法揭示了非线性合作效应，并发现频率分辨Purcell效应可稳定纠缠态，为量子传感和技术提供新途径。
2025-09-12 physics.optics quant-ph
A quantum photonics model for non-classical light generation using integrated nanoplasmonic cavity-emitter systems
非经典光源的实现对于各种量子应用变得越来越重要。一种特别有趣的方法是将这些功能集成在单个芯片上，因为这可以为完全可扩展的量子光子器件铺平道路。过去已经研究了使用介电系统的几种方法。然而，仍然不理解与单个量子发射器相互作用的芯片上纳米等离子体天线如何影响在波导的引导模式中反射或传输的光子的量子统计。在这里，我们研究了一个量子光子平台组成的倏逝耦合纳米等离子体激元腔发射系统，并讨论了非经典光产生的要求。我们开发了一个分析模型，结合淬火由于纳米等离子体激元腔预测弱相干泵浦下的传输和反射的波导光的量子统计。分析预测匹配的数值模拟的基础上的主方程的方法。此外，它示出，对于谐振激励的反聚束传输的程度是最大化的最佳腔模态体积$V_{c}$和腔发射器距离$s$。在反射中，只有特定的$(V_{c},s)$组合才能获得完美的反聚束光。最后，我们的模型也适用于电介质腔，因此可以指导未来的努力，在片上非经典光源的设计和开发使用电介质和纳米等离子体腔发射系统。
2018-03-16 physics.optics
Light-matter interaction of a quantum emitter near a half-space graphene nanostructure
采用半解析方法，在静电场作用下，研究了石墨烯半空间纳米结构边缘附近量子发射体的Purcell因子和自发发射谱.半空间几何形状支持边缘和体表面等离子体（SP）模式。当QE的发射能量与共振能量模式匹配时，QE的Purcell因子在$5\,$ nm的分离距离处被增强超过八个数量级。不同的跃迁偶极矩取向对量子效率的增强因子有不同的影响，当位于半空间几何结构上方的不同位置时，导致大的各向异性行为。的场分布，清楚地显示在纳米结构的边缘的SP模式的激发。此外，我们提出了自发发射光谱的量子效率附近的半空间石墨烯纳米结构，并表明，强的光-物质耦合可能会出现。当一个自由空间寿命为$1\,$ ns的量子阱被放置在距离石墨烯半空间边缘为$10\,$ nm处时，发现了一个$80 \,m$ eV的拉比分裂。我们的贡献可以用于设计未来的量子阱和石墨烯纳米结构相结合的量子应用。
2019-04-14 physics.optics quant-ph
Purcell modified Doppler cooling of quantum emitters inside optical cavities
该研究提出一种基于大腔损耗和Purcell增强的多普勒冷却机制，用于冷却无闭合跃迁的量子发射体，并推广至多粒子集体强耦合情形。
2024-03-07 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Dynamical phases and quantum correlations in an emitter-waveguide system with feedback
我们利用极小模型研究了在发射极-波导系统中利用反馈产生和控制突现集体行为和量子关联。采用零差检测从激光驱动的发射器系综发射到波导的模式中的光子允许产生复杂的动态相位。特别是，我们展示了时间晶体相的出现，其转变由反馈强度控制。反馈还可以控制多体量子关联，这在发射体系综的自旋压缩中变得明显。发展涨落算符动力学的理论，我们讨论了反馈强度如何控制压缩，并研究了它的时间动力学和对系统大小的依赖。很大程度上的分析结果允许量化的自旋压缩和波动的限制，大量的发射器，揭示了临界缩放的压缩接近过渡到时间晶体。我们的研究证实了集成发射器波导系统的潜力-具有高度可控的光子发射通道-用于探索集体量子现象和产生资源，如压缩态，用于量子增强计量学。
2021-02-04 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Thermal, quantum anti-bunching and lasing thresholds from single emitters to macroscopic devices
从一个完全量子化的哈密顿耦合到一个光学腔的模式相同的发射器的合奏，我们确定解析制度的热，集体反聚束和激光发射，明确取决于发射器的数量。当泵浦增加时，通过从热发射到集体反聚束到激光的普遍过渡，达到了超过临界数量（取决于光-物质耦合，失谐和耗散率）的发射器数量的激光制度。文中还介绍了二阶强度关联不能预测激光作用的情况。
2020-12-23 physics.optics
No oscillating subradiant correlations in a strongly driven quantum emitter array
理论研究了波导中强驱动二能级原子阵列的含时关联，发现强相干驱动能抑制原子态间的亚辐射振荡关联，该极限与原子数无关，并通过数值与解析分解给出了严格证明。
2025-09-17 physics.optics quant-ph
Microcavity-engineered plasmonic resonances for radiation enhancement and strong coupling of a quantum emitter
局域表面等离子体激元共振在基础物理和应用物理中对光场的亚波长限制具有重要意义，但强耗散使量子相干过程的实现面临挑战。在这里，我们建议工程师的电磁环境的金属纳米粒子（MNP）使用光学微腔。建立了描述MNP-微腔相互作用的量子解析模型，揭示了MNP-微腔相互作用显著增强的偶极辐射和相应降低的等离子体模欧姆耗散。因此，当与量子发射器相互作用时，微腔设计的MNP将量子产率提高了40倍以上，辐射功率提高了一个数量级以上。此外，该系统可以进入腔量子电动力学的强耦合区，为等离子体量子电动力学、量子信息处理、精密传感和光谱学的研究提供了一个很有前途的平台。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Population fluctuation mechanism of the super-thermal photon statistic of LEDs with collective effects
本文研究了小型LED超热光子统计的布居数涨落机制，发现在线性区中发射体数量涨落、强耦合和劣腔有利于集体效应，并给出了二阶相关函数g_2的解析表达式，预测在二能级模型中g_2可达6。
2024-07-24 physics.optics quant-ph
Enhancement of Quantum Excitation Transport by Photonic Nonreciprocity
两个二级发射器之间的增强的相互作用（例如，利用非互易性光子介质对原子进行光传输，可以在从量子信息科学到生物检测的广泛领域中受益。在这里，我们提供了一个详细的分析，为什么非互易光子介导的相互作用增强原子间激发传输效率。我们研究了一个由两个两能级发射器嵌入在一个通用的光子环境中的系统。通过比较对称和非对称的光子交换，我们分析表明，打破电磁互易性使得合作衰变率超过自发衰变率，即使在一个不对称的均匀系统。这意味着发射器的激发必须主要衰减到另一个发射器中，而不是泄漏和耗散到储存器光子模式中。我们还提供了一个例子，其中一个两级发射器链主要通过等离子体波导的倒易模式相互作用。然后，我们表明，在这样的系统中，通过驱动直流电流通过等离子体材料来打破互易性，可以大大增加从一个发射器到另一个发射器的光子发射的概率，从而导致量子能量传输效率的数量级增强。
2022-04-26 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Kerker condition for enhancing emission rate and directivity of single emitter coupled to dielectric metasurfaces
超颖表面具有控制光的经典和非经典状态的能力，以实现甚至在单个发射器水平上的受控发射。在这里，我们揭示了Kerker条件诱导的发射率增强与强方向性从一个单一的发射器集成在由硅纳米盘组成的电介质超颖表面。模拟和分析计算证明了Kerker条件与单向光散射电偶极子，环形偶极子，和磁四极子之间的建设性干涉演变。结果表明，局域光态密度随空间的变化而增强，局域光场强度随空间的变化而变化。在氮空位中心的零声子线处获得了400倍的速率增强，具有良好的发射方向性和收集效率。这些结果在按需单光子产生、自旋光子界面、多体相互作用和强耦合等方面具有重要意义。
2022-02-15 physics.optics
Controlling photon bunching and antibunching of two quantum emitters near a core-shell sphere
理论研究了等离子体核壳纳米球附近两个点偶极发射体的集体自发发射。基于模函数在矢量球谐函数中的展开，我们推导出了与球附近的两个点偶极子相关的合作衰减率和偶极子-偶极子相互作用强度的封闭解析表达式。考虑到等离子体纳米壳包含线性放大介质内的核心，二阶关联函数的两个发射器表明，它是可能的，以调整光子发射，选择光子聚束或反聚束作为一个函数的偏振和位置的球。这一结果为工程人造介质中涉及可调谐单光子源的应用开辟了前景。
2020-02-28 physics.optics
Photon emission correlation spectroscopy as an analytical tool for quantum defects
本文提出使用光子发射关联光谱学研究量子发射体的标准化框架，涵盖理论背景、数据采集分析及结果解释，并展示如何结合光学动力学模拟构建未知量子发射体的电子模型以评估其量子信息应用潜力。
2022-08-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Finite element method for obtaining the regularized photon Green function in lossy material
光子格林函数（GF）是量子光-物质相互作用领域中最重要、最具决定性的因素。在任意形状的有耗结构中，它是发散的，且具有两个等空间参数，需要正则化。我们介绍了一种有限元方法计算正则化GF。它由光子发射器的有限尺寸上的平均辐射电场表示。对于均匀损耗介质中的辐射源，无论是真实腔模型还是虚拟腔模型，都与理论分析结果吻合较好。对于位于金属纳米球中的发射体，正则化散射GF，这是正则化GF和均匀空间中的解析正则化GF之间的差，与解析散射GF吻合得很好。
2019-01-29 physics.comp-ph physics.optics
How to read out the phonon number statistics via resonance fluorescence spectroscopy of a single-photon emitter
本文研究如何利用单光子发射体的共振荧光光谱读取声子数统计，提出两种解决读取误差的方法。
2023-06-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Purcell-enhanced lifetime modulation of quantum emitters as a probe of local refractive index changes
提出利用Purcell效应调制量子发射体寿命并通过TCSPC检测局部折射率变化的PIC传感机制，理论证明其在高Q硅腔中可达10^-9 RIU检测限。
2025-08-12 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Collective photon emission in solid state environments: Concatenating non-markovian and markovian dynamics
该研究针对固态量子发射器的声子效应建模不足问题，提出级联快慢声子动力学与极化子两种高效方法，验证其准确性与温度敏感性，可低成本应用于多类发射器并给出一维链集体光谱近似式。
2024-07-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Comparative study of plasmonic antennas for strong coupling and quantum nonlinearities with single emitters
在各种量子光学应用的背景下，实现单个量子发射器（QE）与光学腔之间的强耦合是至关重要的。虽然已经在许多配置中报道了耦合到高Q衍射极限腔的单量子发射器的拉比分裂，但是用等离子体纳米结构实现单发射器拉比分裂仍然是难以捉摸的。在这里，我们建立了一个单一的QE和等离子体纳米腔之间的强耦合的分析条件，并将其应用于研究各种等离子体的安排，使拉比分裂。我们研究数值的光学响应和由此产生的拉比分裂金属纳米结构，如蝴蝶结纳米天线，纳米球二聚体和纳米球的表面上，并找到最佳的几何形状出现的强耦合制度与单一的QE。我们还提供了一个主方程的方法来显示一个单一的量化宽松的银蝴蝶结纳米天线的间隙中的饱和。我们的研究结果将有助于实现现实的量子等离子体纳米系统涉及单一的QE。
2018-03-13 physics.optics
Mechanistic Understanding of Entanglement and Heralding in Cascade Emitters
本文理论研究了级联量子发射体产生纠缠光子及预示单光子的机理，推导了施密特数解析式，并扩展模型纳入偏振、精细结构分裂等效应，为实验设计提供基础。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Analytical and FDTD design of hybrid Fabry-Perot plano-concave microcavity for hexagonal boron nitride
有效的单光子发射器（SPE）的光的发射应当具有进入良好定义的时空模式的高计数率以及可接近的数值孔径（NA），以增加有效耦合到光波导中所需的光提取效率。基于先前开发的制造混合法布里-珀罗微腔的实验方法（进一步的信息可用[F. Ortiz-Huerta等人，Opt.Express 26，33245（2018）]），我们设法找到了实验可实现的分析和时域有限差分（FDTD）值，增强自发发射的混合平凹微腔的几何参数在二维（2D）六方氮化硼（hBN）中的色心的增强（即，Purcell增强），同时限制发射器的NA。利用傍轴近似和转移矩阵模型分别计算了微腔的基模和谐振模的光斑尺寸。发现由混合平凹微腔内部的2D hBN层托管的SPE（即面内偶极子）的Purcell增强为6。
2022-05-12 physics.optics
Coherent single-photon absorption by single emitters coupled to 1D nanophotonic waveguides (Chen, et al.)
我们研究了耦合到一维波导的单发射体的单光子吸收动力学，该一维波导同时提供了自发发射衰减的通道和输入光子的通道。我们发展了一个含时理论，使我们能够指定任何输入的单光子波包波导引导作为初始条件，并计算发射器的激发概率，以及传输和反射场的时间演化。对于单光子波包的高斯光谱和时间的形状，我们得到的吸收动力学的解析解，最大原子激发$\thicksim 40%$。此外，我们提出了一个终止波导，以帮助单光子吸收。我们发现，对于一个发射器放置在一个最佳的距离从终端，由于入射单光子波包的最大原子激发可以超过70%。该高值是用于发射到波导中的高自发发射$β$因子的直接结果。最后，我们还探讨了波导色散是否可以通过脉冲整形来帮助单光子吸收。对于高斯输入波包，我们发现通过设计色散，吸收效率可以进一步提高4%。单发射极单光子吸收在量子通信和量子计算中具有潜在的应用价值。
2011-07-01 physics.optics
Coherent single-photon absorption by single emitters coupled to 1D nanophotonic waveguides
我们研究了耦合到一维波导的单发射体的单光子吸收动力学，该一维波导同时提供了自发发射衰减的通道和输入光子的通道。我们发展了一个含时理论，使我们能够指定任何输入的单光子波包波导引导作为初始条件，并计算发射器的激发概率，以及传输和反射场的时间演化。对于单光子波包的高斯光谱和时间的形状，我们得到的吸收动力学的解析解，最大原子激发$\thicksim 40%$。我们还提出了一种端接波导来帮助单光子吸收。我们发现，对于一个发射器放置在一个最佳的距离从终端，由于入射单光子波包的最大原子激发可以超过70%。该高值是用于发射到波导中的高自发发射$β$因子的直接结果。最后，我们还探讨了波导色散是否可以通过脉冲整形来帮助单光子吸收。对于高斯输入波包，我们发现通过设计色散，吸收效率可以进一步提高4%。单发射极单光子吸收在量子通信和量子计算中具有潜在的应用价值。
2011-07-01 physics.optics
Nonradiating and radiating modes excited by quantum emitters in open epsilon-near-zero cavities
控制嵌入在光学腔中的量子发射体（QE）的发射和相互作用性质是在纳米尺度下工程化光-物质相互作用以及量子信息处理发展的关键技术。最先进的光学腔是基于高Q光子晶体和介质谐振器。然而，用更奇特的材料雕刻的空腔可能会获得更丰富的反应。在这里，我们从理论上研究了嵌入开放的ε近零（ENZ）腔中的量子阱的发射和相互作用性质。使用分析方法和数值模拟，它表明，开放ENZ腔提出了支持nonradiating模式独立的腔的外部边界的几何形状（形状，大小，拓扑结构.）的独特属性。此外，在辐射和非辐射模式之间切换的可能性使得能够动态控制QE的发射和QE之间的相互作用。这些现象提供了前所未有的自由度在控制和捕获领域内的光学腔，以及在腔光和声机械系统的设计。
2015-12-03 physics.optics
Linear and Non-linear Rabi Oscillations of a Two-Level System Resonantly Coupled to an Anderson-Localized Mode
我们使用二维（2D）散射系统的时域数值模拟来研究共振耦合到安德森本地化模式的发射器的集合的相互作用。对于小的电场强度，我们观察到发射极和模式之间的强耦合，其特征在于线性拉比振荡。值得注意的是，更大的强度诱导发射器和模式之间的非线性相互作用，称为动态斯塔克效应，导致非线性拉比振荡。这两个政权之间的过渡进行观察，并提出了一个分析模型，准确地描述了我们的数值观测。
2014-11-24 physics.optics
Plexcitonic quantum light emission from nanoparticle-on-mirror cavities
我们研究了由一个单量子发射体填充的镜上纳米粒子腔所发射的光的量子光学性质。受最近实验的启发，我们建立了暗场模型，并探讨了掠射激光照射下散射光的光子统计特性。利用麦克斯韦方程组的解析解，我们计算了纳米光子腔场，并描述了系统中等离子激元极化激元（或plexcitons）的形成。通过这种方式，我们揭示了纳米腔丰富的等离子体光谱为非经典光的产生提供了未经探索的机制，这种机制比发射器自然跃迁和最亮光学模式之间的共振相互作用更有效。具体来说，我们发现三种不同的样品配置中产生强烈的反聚束光。最后，我们通过在平台中引入第二个发射器可以进一步增强光子相关性来说明我们方法的强大功能。
2021-12-18 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Simple but accurate estimation of light-matter coupling strength and optical loss for a molecular emitter coupled with photonic modes
光-物质耦合强度和光损耗是腔量子电动力学（cQED）中的两个关键物理量，它们的相互作用决定了化学体系中能否形成光-物质杂化态。在这项研究中，通过使用宏观量子电动力学（mQED）结合伪模方法，我们提出了一个简单而准确的方法，使我们能够快速估计光-物质耦合强度和光损耗没有自由参数。此外，对于与光子模（包括腔模和等离子体极化模）耦合的分子发射体，我们通过解析和数值证明，当珀塞尔因子表现得像洛伦兹时，基于mQED的波函数方法推导出的动力学在数学上等效于基于cQED的Lindblad主方程所支配的动力学。
2021-06-13 physics.chem-ph physics.optics
Single-Emitter Spectra from an Ensemble
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Samsung Advanced Institute of Technology, Samsung Electronics（三星先进技术研究所，三星电子）
SPICEE是一种通过光谱过滤技术从集体样品中恢复单粒子发射线形的高通量工具，用于准确表征纳米尺度系统的单发射体特性。
2026-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Near-deterministic activation of room temperature quantum emitters in hexagonal boron nitride
量子科学在计算、密码学和成像方面的应用正在成为下一代关键技术。由于光子的高速传输和特殊的噪声特性，量子光子结构可能会发挥核心作用。然而，一个长期存在的障碍是实现鲁棒的，设备兼容的单光子源，可以按需激活和控制。在这里，我们使用应变工程在二维六方氮化硼（hBN）中创建大型量子发射器阵列。这种范德华材料固有的大能隙使发射体在室温下稳定在由衬底引起的薄片变形限定的纳米级区域内。结合分析和数值模拟，我们表明，发射极激活的结果可能是载流子捕获的变形势阱本地化的点附近的hBN薄片达到最高的曲率。因此，这些发现暗示了在环境条件下通过应变和外部静电势的组合控制来操纵单光子源的新机会。
2017-10-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
