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
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
Photon Blockade in Two-Emitter-Cavity Systems
发射腔系统中的光子阻塞效应取决于缀饰能量本征态阶梯的非谐性。色心光子学的最新发展正在导致多发射器腔固态系统的实验演示，与传统研究的单发射器系统相比，该系统具有扩展的能级集合。我们专注于N = 2的非全同准原子强耦合到一个纳米腔在坏腔制度（与色心系统的参数范围内）的情况下，发现三个PB机制：极化激元，亚辐射和非常规。极化激元PB是单发射极腔系统中研究的常规机制，也发生在多发射极系统中的极化激元频率处。亚辐射光子束是一种新的干涉效应，它是由于发射体的非均匀加宽而产生的，它比极化激元光子束产生更纯净、更稳定的单光子发射。非常规PB在建模系统中对应于单光子和双光子相关统计的抑制和三光子相关统计的增强。使用有效的哈密顿方法，我们解开了这些现象的起源和时域演化。
2017-06-04 physics.optics quant-ph
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
Probing microcavity resonance spectra with intracavity emitters
本文通过在开放光学微腔中测量宽带发射体荧光光谱随腔长的变化，揭示了光学穿透深度对腔模的影响及腔模间耦合，并给出了实用分析方程，从而获得微腔的完整光学图像。
2024-04-03 physics.optics
Cavity-funneled generation of indistinguishable single photons from strongly dissipative quantum emitters
本文从理论上研究了置于光腔中的强耗散量子系统中不可分辨单光子的产生。计算了腔体发射光子的不可逆性程度与发射极-腔体耦合强度和腔体线宽的函数关系。对于一个受强纯退相的量子发射体，我们的计算表明，一个非常规的制度，高不稳定性，可以达到中等发射极腔耦合强度和高品质因数腔。在这种状态下，耗散量子系统的宽光谱被汇集到腔的窄线形中。相关的效率被发现大大超过光谱滤波效果。我们的研究结果开辟了在室温下工作的芯片上可扩展的不可分割的光子发射器件的道路。
2015-02-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
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
Integration of hBN Single-Photon Emitters into a Hybrid Optomechanical Membrane-in-the-Middle Fiber-Cavity
Institute for Quantum Optics, Ulm University（乌尔姆大学量子光学研究所）
研究将六方氮化硼单光子发射器集成到混合光机械系统的方法，解决了薄片形貌散射损耗等技术难题，实现了发射器与光纤腔模式耦合，观察到室温下光谱增强及膜振动模式与腔耦合发射，为混合自旋光机械学研究提供起点。
2026-07-22 physics.optics
Cavity-Enhanced 2D Material Quantum Emitters Deterministically Integrated with Silicon Nitride Microresonators
二维材料中的光学活性缺陷，如六方氮化硼（hBN）和过渡金属二硫属化物（TMD），是一类有吸引力的单光子发射器，具有高亮度、室温操作、发射器阵列的特定位置工程以及外部应变和电场的可调谐性。在这项工作中，我们展示了一种新的方法来精确地对齐和嵌入hBN和TMD内的背景无氮化硅微谐振器。通过Purcell效应，高纯度hBN发射器在室温下表现出高达$46\%$的腔增强光谱耦合效率，这超过了无腔波导-发射器耦合的理论极限和先前的演示近一个数量级。这些器件采用CMOS兼容工艺制造，并且没有表现出2D材料光学特性的退化，对热退火的鲁棒性以及单模波导内量子发射器的100 nm定位精度，为具有按需单光子源的可扩展量子光子芯片开辟了道路。
2022-06-29 physics.optics quant-ph
Temperature tunability of quantum emitter - cavity coupling in a photonic wire microcavity with shielded sidewall loss
最近的技术进步已经允许在基于固态腔的设备中实现量子性质的现象，诸如真空拉比分裂、可控单光子发射和量子纠缠。对于量子发射器和腔之间足够强的耦合，大的品质因数（$Q$）以及小的模态体积（$V_{eff}$）是必不可少的。在这里，我们表明，通过施加一个5 nm的铝涂层的亚微米尺寸的法布里-珀罗微腔的侧壁，腔$Q$可以从室温下的几百个温度调谐到2 $\times$ 10 $^5$低于30 K。这是通过以下方式实现的：首先，用理想的反射横向金属镜完全屏蔽侧壁损耗，其次，由于多层结构内的大部分离轴波矢量，小尺寸器件的腔的轴向损耗显著降低。我们的发现为研究发射极-腔耦合的量子电动力学现象提供了一个新的温度可调平台。我们证明了在40 K下，在0.8 $μ$ m尺寸的器件中可以容易地实现2g=24 GHz（0.142 nm）的拉比分裂，该器件具有$V_{eff}\approx0.0845~μ$ m $^3$，与最好的二维光子晶体（PhC）纳米腔相当。
2016-01-20 physics.optics
Vacuum Rabi spectra of a single quantum emitter
通过测量单个量子发射体向自由空间的直接自发发射，观测到了真空拉比分裂。我们在光子晶体纳米腔中使用了半导体量子点，结合适当的腔设计和偏振器和孔径的过滤，使得能够提取固有的微弱发射器的信号。发射体的真空拉比光谱与通过探测腔光子泄漏测得的光谱有明显的差别。此外，我们还观察到了由发射极和腔检测通道之间的干涉引起的不对称真空拉比谱。我们的观察奠定了基础，访问各种腔量子电动力学现象，表现出自己只在发射器的直接自发发射。
2015-03-06 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
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
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
Deterministic Assembly of Single Emitters in Sub-5 Nanometer Optical Cavity Formed by Gold Nanorod Dimers on Three-Dimensional DNA Origami
纳米腔和单个发射器之间的可控强相互作用对于操纵纳米光子系统中的光发射是重要的，但实现具有挑战性。在这里，提出了一种三维DNA折纸，命名为DNA机架（DR），并证明了确定性和精确地组装在由紧密耦合的金纳米棒（AuNRs）形成的超小等离子体纳米腔中的单个发射体。DR独特地具有鞍形形状，具有两个管状凹槽，其几何形状允许紧密配合并以<10°的弯曲角度线性对齐两个AuNR。它还包括在鞍点处的间隔物，以保持AuNR之间的间隙小至2-3 nm，形成估计为20 nm 3的纳米腔，实验测量的Q因子为7.3。DNA对接链被设计在间隔物处，以将单个荧光发射体以纳米精度定位在腔内。使用Cy 5作为模型发射体，实验验证了~30倍的荧光增强和显著降低的发射寿命（从1.6 ns到670 ps），证实了显著的发射体-腔相互作用。这种DR模板组装方法能够拟合可变长宽比的AuNR以形成各向异性纳米腔，并确定性地结合不同的单个发射器，从而使腔谐振和发射波长的灵活设计能够在纳米尺度上定制光-物质相互作用。
2021-04-07 physics.app-ph physics.optics
Polariton Creation in Coupled Cavity Arrays with Spectrally Disordered Emitters
本研究探索了含光谱无序发射体的耦合腔阵列作为全光子量子模拟器，利用量子主方程和有效哈密顿量方法分析了极化激元的产生与局域化条件，并引入极化激元参与比和节点参与比两个新度量量化波函数性质，为固态系统腔量子电动力学工程提供了强大工具。
2024-03-26 cond-mat.str-el physics.optics quant-ph
High-order exceptional point in a nanofiber cavity quantum electrodynamics system
提出了一种全光纤发射腔量子电动力学（QED）系统，该系统由两个二能级发射器和一个单模腔组成。我们的方案使得基于发射极和谐振腔之间的耦合来观察高阶例外点成为可能。该腔的有效增益可以通过两个相同的激光场弱驱动到双腔来获得，在实验中实现相干完全吸收（CPA）。在实验可行的参数下，该系统的哈密顿量满足伪厄米性条件，即其本征值可以由一个实数和一对复共轭构成，也可以全为实数。通过调节两个发射极-腔耦合强度的比值和发射极的衰减速率的比值，我们可以发现发射极-腔系统中不具有宇称时间对称性的三阶例外点（EP 3）和二阶例外点（EP 2）。这些结果也可以通过总的输出光谱和透射光谱来证明。当耦合强度大于EP 3点的临界耦合强度时，对称模产生。我们的建议将提供一个新的方法来实现高阶例外点。
2022-01-11 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
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
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
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
Indistinguishablity from dephased emitters using combined plasmonic-dielectric cavities
Technical University Berlin（柏林工业大学）；Imperial College London（伦敦帝国理工学院）；University of Bristol（布里斯托大学）
本文提出一种混合聚焦架构，利用等离子体纳米共振器和外介电腔实现去相位发射体的不可区分光子生成，通过降低腔体质量因子要求并提高光子收集效率。
2026-04-21 physics.optics quant-ph
Post-fabrication tuning of circular Bragg resonators for enhanced emitter-cavity coupling
本文提出通过制备后重复湿法化学刻蚀校正圆形布拉格谐振器与嵌入量子点之间的光谱失配，在AlGaAs谐振器中实现约16 nm波长调谐和4倍Purcell增强，并验证该方法可推广至其他材料平台以提升器件产率。
2023-09-27 physics.optics quant-ph
Magnetic light amplification by stimulated emission of radiation in subwavelength systems of a dielectric cavity and magnetic quantum emitters
本文提出由高折射率介电腔和磁量子发射体构成亚波长磁激光器，推导实现条件，并通过硅盘等系统数值验证其可行性，发现磁Purcell因子可比电Purcell因子高约10^3倍，为增强磁光-物质相互作用开辟新途径。
2023-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
A Tunable Waveguide-Coupled Cavity Design for Efficient Spin-Photon Interfaces in Photonic Integrated Circuits
耦合到光子晶体腔的固态发射器表现出增加的进入单频模式的光子发射。然而，耦合到量子发射器的光子晶体腔的当前设计具有三个主要问题：发射器被放置在表面附近，这会降低它们的光学性质，腔荧光不能被收集到单个有用模式中以用于进一步路由，以及制造后调谐当前不可能以稳定和可逆的方式单独用于每个节点。在本文中，我们介绍了一种混合腔的设计与最小的主机材料，保持发射器$\geq100\,$ nm的所有表面制造。该腔具有大于$1\times10^6$的无载品质因数（$Q$）和$5.5\times10^4$的有载$Q$，其中超过75%的发射直接耦合到由提供低损耗波导的方便材料构建的下层光子集成电路中。最后，这种设计可以被主动地和可逆地调谐到与发射器谐振，允许在腔线宽的10倍以上调谐，同时保持$Q$因子的$\geq50$ %，而对同一芯片上的其他腔没有影响。
2016-10-27 physics.optics quant-ph
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
Injection locking and coupling the emitters of large VCSEL arrays via diffraction in an external cavity
光耦合半导体激光器的网络对于基础研究和在材料处理、照明和信息处理中的许多技术应用具有高度的兴趣。尽管如此，迄今为止还缺乏采用可扩展概念的此类元素的大型网络的实验实现。这里，我们呈现了$5 \times 5$正方形晶格阵列通孔中的垂直腔表面发射激光器的网络22。至关重要的是，该阵列允许单独控制每个激光器的泵浦电流，我们利用该泵浦电流在光谱上对齐阵列。利用衍射耦合通过外腔，22激光器相互注入锁定，而且，此外，我们证明了他们的同时锁相到外部注入激光器。VCSEL网络是复杂系统实验研究的一个很有前途的平台，并且作为光子神经网络具有直接的应用。该概念的可扩展性为包括更多单个激光器的系统开辟了未来的可能性。
2022-08-21 physics.optics
Retroreflective surface optimisation for optical cavities with custom mirror profiles
Optoelectronics Research Centre, University of Southampton（南安普顿大学光电研究中心）
本研究提出了一种两步方法，通过优化镜面轮廓以增强光学谐振腔中发射器与光子的耦合强度，实现协同性提升达3倍甚至更高。
2026-01-20 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 fluctuations of transition dipole moment orientation in OLED triplet emitters
有机发光二极管（OLED）的发光效率取决于发光分子跃迁偶极矩的微观取向。用于光产生的最有效的材料具有三重对称性，由于基本跃迁的简并性，这禁止先验确定偶极取向。单分子光谱学揭示了模型三重态发射体三（2-苯基异喹啉）铱（III）（Ir（piq）3）不表现为线性偶极，辐射具有比预期低的偏振各向异性。在激发态中发生自发对称性破缺，导致随机选择三个配体之一来与金属形成电荷转移态。这种非确定性的本地化显示在开关的线性偏振度的磷光。偏振扰乱可能提高出耦合效率，并且当从系综角发射分布导出OLED主体内的客体发射体的分子取向时应考虑到偏振扰乱。
2015-02-25 physics.chem-ph physics.optics
Unraveling cavity-like modes of two-dimensional broad band hyperbolic metamaterial and their coupling to quantum emitters
本文揭示银纳米线-氧化铝二维双曲超材料中的类腔模式，并通过稳态与时间分辨光致发光实验及FDTD计算，阐明了其与量子发射体的耦合特性和Purcell增强机制。
2025-05-07 physics.optics
Deterministic integration of quantum emitters and optical cavities in a van der Waals crystal
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems（变革性超光学系统卓越研究中心）
在范德瓦尔晶体中实现量子发射体与光学谐振腔的确定性集成，通过精确定位和定制谐振腔几何，提升光谱对齐与发射效率。
2026-01-07 physics.optics
Investigation of Purcell enhancement of quantum dots emitting in the telecom O-band with an open fiber-cavity
本研究将电信O波段半导体量子点集成到可调谐开放式光纤腔中，观测到Purcell效应导致的衰减时间最多缩短2.46(2)倍，分析了系统限制因素，为高效电信量子光源研发指明路径。
2024-08-06 physics.optics quant-ph
Electrodynamic coupling of electric dipole emitters to a fluctuating mode density within a nano-cavity
我们研究了旋转扩散对荧光染料分子（振荡电偶极子）与可调平面金属纳米腔的电动耦合的影响。分子的快速旋转扩散导致电磁场沿着分子的偶极轴的快速波动的模式密度，与固定偶极取向的相反限制相比，这显著地改变了它们与场的耦合。我们推导出一个理论处理的问题，目前的实验结果罗丹明6G分子在空腔中充满了低粘度和高粘度的液体。所导出的理论和给出的实验方法是确定荧光绝对量子产额的有力工具。
2012-03-13 physics.optics
Silicon-based photonic crystal nanocavity light emitters
我们已经证明了一个单一的光子晶体腔的光致发光从富硅氮化硅薄膜的增强高达7倍。这种增强部分归因于Purcell效应。对于线性三缺陷腔模式，用FDTD计算预测的Purcell因子为32，计算的品质因数为332，模式体积为0.785立方波长。实验测得的腔质量（Q）的因素在200至300的范围内变化，显示出良好的协议与计算。发射峰可以调谐到600至800 nm范围内的任何波长。
2006-09-07 physics.optics
Deterministic coupling of a single nitrogen vacancy center to a photonic crystal cavity
我们描述和实验证明了一种技术之间的光子晶体（PC）纳米腔和单发射器的确定性耦合。该技术是基于在原位扫描的PC腔的样品，并允许定位的腔在所需的发射器与纳米级分辨率。该技术的力量，我们称之为扫描腔显微镜（SCM），通过将PC纳米腔耦合到金刚石中的单个氮空位（NV）中心来证明，金刚石是一种发射器系统，可提供光学可访问的电子和核自旋量子位。
2010-05-12 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Measuring the mode volume of plasmonic nanocavities using coupled optical emitters
金属光学系统可以将光限制在深亚波长尺寸，但验证这些长度尺度下的限制水平通常需要专门的技术和设备来探测结构的近场。利用腔模本身作为探测腔特性的灵敏探针，对金属基光腔的约束进行了实验测量。通过使用原子层沉积用亚nm厚度的共形电介质层扰动腔模式，我们发现模式的指数衰减长度小于自由空间波长（λ）的5%，模式体积为λ^3/1000量级。这些结果为金属基光学腔的深亚波长限制能力提供了实验证实。
2012-07-04 physics.optics
'Sawfish' Photonic Crystal Cavity for Near-Unity Emitter-to-Fiber Interfacing in Quantum Network Applications
针对量子应用中光子损耗难题，研发集成波导的Sawfish光子晶体腔，经模拟实现97.4%的金刚石锡空位中心发射极-光纤耦合效率，且制造鲁棒性良好，可降低量子中继器等场景的资源需求。
2022-10-10 physics.optics quant-ph
Cavity Quantum Electrodynamics Design with Single Photon Emitters in Hexagonal Boron Nitride
六方氮化硼（h-BN）是二维（2D）纳米电子学中的电介质和封装层的普遍绝缘晶体，也是2D纳米机电系统（NEMS）中的结构材料，随着最近发现光学活性缺陷中心和相关自旋态，也迅速成为量子光子学的有前途的平台。结合测量的发射特性，在这里，我们提出并数值研究了腔量子电动力学（cavity-QED）计划，将这些缺陷使单光子发射器（SPE）在h-BN微盘谐振器。微盘的回音壁性质可以同时支持具有不同径向和方位角模式指数的多个腔谐振族，克服了在空间和光谱上使单点缺陷与光学模式的最大电场重合的挑战。h-BN SPE的优异特性，包括优异的发射速率、相当高的Debye-Waller因子和室温下傅里叶变换有限的线宽，使得耦合与衰减速率之比g/max（γ，\k{appa}）高达500。这项研究不仅提供了深入了解发射极-腔相互作用，而且有助于实现h-BN光子器件，如低阈值微腔激光器和高纯度单光子源，对线性光学量子计算和量子网络应用至关重要。
2021-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Phonon-Enabled Collective Strong Coupling of Color Centers in a Plasmonic Cavity
Institute for Experimental and Applied Physics, Kiel University（基尔大学实验与应用物理研究所）
本研究通过阴极发光和光致发光光谱，在室温下实现了六方氮化硼量子发射体与等离子体金空腔的集体强耦合，观察到振动跃迁与腔模的杂化分裂，为控制多量子发射体相互作用提供了新途径。
2026-10-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Two-photon interference from independent cavity-coupled emitters on-a-chip
固态量子发射体和腔体之间的相互作用对于量子通信、线性光学量子计算、非线性光子学和光子量子模拟中的广泛应用是重要的。这些应用通常需要在单个芯片上组合具有相同发射波长的许多器件，以产生双光子干涉，这是实现有效光子-光子相互作用的主要机制。由于不均匀加宽和制造误差使发射器和腔体的谐振频率随机化，这种集成仍然极具挑战性。在这封信中，我们展示了来自同一芯片上的独立腔耦合发射器的双光子干涉，为这个长期存在的问题提供了一个潜在的解决方案。我们克服了由于制造误差不同的腔之间的光谱失配沉积和局部蒸发一薄层的冷凝氮。我们集成了光学加热器，将每个腔体内的各个点调谐到相同的谐振，精度优于3 μeV。结合这些调谐方法，我们证明了在同一芯片上间隔小于15 μm的两个器件之间的双光子干涉，选择后的可见度为33%。这些结果为在同一芯片上集成多个量子光源以开发量子光子器件铺平了道路。
2016-08-08 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Vacuum Rabi splitting in a plasmonic cavity at the single quantum emitter limit
单个量子发射体与共振腔的强相互作用是理解光物质相互作用的基本兴趣。等离子体腔保持实现强耦合制度的承诺，即使在环境条件下和subdiffraction体积内。最近的实验揭示了单个等离子体结构和多个有机分子之间的强耦合，但到目前为止，在单个量子发射体的极限下的强耦合还没有报道。在这里，我们展示了真空拉比分裂，强耦合的表现，使用银蝴蝶结等离子体腔装载半导体量子点（QD）。在具有一到几个QD的单个蝴蝶结的散射光谱中观察到透明度下降，直接在它们的间隙中观察到。高达120毫电子伏的耦合率登记，甚至与一个单一的量子点，放置蝴蝶结量子点结构接近强耦合制度。这些观测结果得到了极化相关实验的验证和电磁计算的验证。
2016-05-03 physics.optics quant-ph
A Cratered Photonic Crystal Cavity Mode for Nonlocal Exciton-Photon Interactions
相干界面的光学纳米腔通常在中心点处具有其电场最大值，这通常有利于与小的局域量子发射体的相互作用。在这里，我们提出了一个部分厚度调制的二维平板光子晶体腔的凹坑腔模式功能，以改善非局域相互作用。厚度调制施加在中心区域周围，并且对边缘电场几乎没有影响，边缘电场决定了与波导或其他腔的耦合。此外，部分调制增强了远离中心点的位置处的凹陷电场。因此，与多个分离的发射体的相互作用同时增强，并且与超过偶极近似的大发射体的相互作用也加倍。非定域相互作用的改善为凹坑腔模分布在量子光子网络中的应用展示了巨大的潜力。
2019-06-23 physics.optics
Correlation functions for quantum dynamics of coupled quasinormal modes and quantum emitters interacting via finite-delay propagating photons
Technische Universität Berlin（柏林工业大学）；Queen’s University（女王大学）
本文提出了一种时间依赖理论，研究了在均匀介质中分离的损耗腔体通过量化 quasi 正常模（QNMs）相互作用的动力学，考虑了量子发射体与电磁场的耦合。
2026-07-17 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spontaneous emission control of single quantum dots by electromechanical tuning of a photonic crystal cavity
我们演示了嵌入在双膜光子晶体腔中的单个InAs量子点的自发发射率的控制的机电调谐的腔谐振。用静电场控制两个膜之间的分离，我们获得了腔模式与激子线的实时光谱对准，并且我们观察到共振时自发发射率的增强。腔已被调谐超过13 nm，而不转移激子能量。当点与模的耦合效率为92%时，获得了4.5的自发发射增强。
2012-07-12 physics.optics
Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-wide Tunable Nanofibre Cavity
固态微腔结合了超小模体积、宽范围谐振频率调谐以及与单模光纤的无损耦合，是纳米光子学和量子网络的不可或缺的工具。我们开发了一个集成系统，提供所有这三个不可或缺的属性。它由一个纳米光纤布拉格腔（NFBC）组成，模式体积小于1微立方米，在可见光波长下可重复调谐能力超过20 nm。为了证明量子光-物质相互作用，我们建立了量子点与我们的可调谐NFBC的耦合，并实现了2.7倍的发射增强。
2015-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity Enhanced Emission from Telecom Rare-Earth System in Colloidal Host
University of Maryland（马里兰大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
针对掺铈CeO₂作为自旋量子比特发射弱的问题，将其胶体合成的纳米晶体耦合到硅纳米束腔，实现亮度30倍、寿命2倍提升，Purcell因子下限12，为电信波段量子应用铺路。
2025-10-01 physics.optics
Spin emitters beyond the point dipole approximation in nanomagnonic cavities
在从量子信息科学到自由基的纳米化学的广泛领域中，对发射体的自旋状态之间的跃迁速率的控制是至关重要的。我们提出了一种方法来驱动一个电和磁偶极子禁戒的自旋发射体的过渡，将其放置在一个纳米磁腔，需要一个描述的自旋发射体超越点偶极子近似和真空磁场的纳米磁腔与一个大的空间梯度的自旋发射体的体积。我们专门研究了金刚石中的SiV $^-$缺陷，其塞曼分裂基态包括用于固态量子信息处理的逻辑量子比特，耦合到作为能够将微波磁场集中到深亚波长体积中的模型纳米磁性腔的磁性纳米颗粒。通过对SiV $^-$自旋轨道的第一性原理模拟，我们计算了磁偶极允许跃迁和磁偶极禁戒跃迁的自旋跃迁密度，并计算了它们与纳米磁腔中各种多极模的耦合率.我们设想使用这样一个框架的量子态转导和自旋量子比特在GHz频率尺度的状态准备。
2020-12-08 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
Tilted Nanofiber Bragg Grating as an efficient photon collector from single quantum emitters: A new avenue
报道了一种通过在倾斜双折射布拉格光栅（TNFBG）中引入腔来提高单量子发射体自发辐射率的新方法。我们发现，光发射器的耦合效率到倾斜光栅结构的导模是65%，与70个光栅周期。这种新颖的倾斜结构具有高Q因子~ 1408.71和低模式体积~ 0.66 μ m3-这是一个重要的要求。此外，在腔体内部的量子光发射器的Purcell因子是腔体表面上的发射器的Purcell因子的九倍。进一步优化后的系统性能得到了提高，可用于下一代量子信息和量子精密测量应用。
2020-12-16 physics.app-ph physics.optics
Low-temperature tapered-fiber probing of diamond NV ensembles coupled to GaP microcavities
在这项工作中，我们提出了一个平台，用于测试腔发射器系统的设备性能，使用的合奏发射器和锥形光纤。该方法提供了腔模式的高对比度光谱，耦合到腔的发射器的选择性检测，以及在单发射器情况下的器件性能的估计。利用金刚石中的氮空位（NV）中心和GaP光学微腔，我们能够在10 K下将腔调谐到NV共振，将腔耦合发射耦合到锥形光纤，并测量光纤耦合NV自发发射衰减。从理论上讲，我们表明，光纤耦合的平均珀塞尔因子是2-3倍大于自由空间收集，虽然由于合奏平均它仍然是一个因素的3小于一个单一的，理想的中心珀塞尔因子。
2011-02-25 physics.optics quant-ph
