Single Photon Sources with Near Unity Collection Efficiencies by Deterministic Placement of Quantum Dots in Nanoantennas
量子网络中光子节点之间的确定性耦合是实现各种量子技术的重要一步。然而，独立式发射器的全方向性使得这种耦合效率非常低，特别是如果远处的节点通过光纤等低数值孔径（NA）通道耦合时。这种限制需要将量子发射器放置在纳米天线中，纳米天线可以以非常高的效率将光子引导到通道中。此外，为了能够将这种技术扩展到大量通道，发射器的放置应该是确定性的。在这项工作中，我们提出了一种方法，直接定位单个独立的量子发射器的高度定向靶心金属介电纳米天线的中心具有高空间精度。我们进一步采用非闪烁、高量子产率的胶体量子点（QD）用于不受不稳定性或非辐射激子复合过程影响的按需单光子发射。总之，这种方法导致了85%的单光子到0.5的低NA的创纪录的高收集效率，为片上室温纳米天线发射器设备与光纤或远程自由空间节点之间的有效耦合设置了阶段，而不需要额外的光学器件。
2021-02-14 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Dielectric Fano Nanoantennas for Enabling Sub-Nanosecond Lifetimes in NV-based Single Photon Emitters
本文设计制造由硅椭圆与圆盘构成的介电Fano谐振器，通过quasi-BIC与Mie模式杂化耦合NV中心单光子发射体，实现约10倍Purcell增强、亚纳秒寿命和9倍偏振对比度。
2024-07-03 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Silicon Nanoantenna Mix Arrays for a Trifecta of Quantum Emitter Enhancements
针对现有介电纳米天线三重增强研究受限于易碎衬底或低珀塞尔因子的问题，提出含10nm间隙的硅混合天线阵列，实现约1200倍三重增强与约47的珀塞尔因子，可用于构建CMOS兼容的荧光增强平台。
2023-10-10 physics.optics
Unidirectional emission in an all-dielectric nanoantenna
全介质纳米天线由于其在光谱中的低损耗性质而成为用于工程光发射的等离子体光学天线的有前途的替代方案。尽管如此，使用亚波长全介质纳米天线操纵定向光发射仍然具有挑战性。在这里，我们提出并数值证明，一个中空的硅纳米盘可以作为一个多功能的天线，用于指导和增强从电或磁偶极子发射器的发射。当主要耦合到纳米天线的电和磁偶极子模式时，可以通过两个模式的干涉来实现宽带近单向发射，这可以通过几何参数以简单的方式进行光谱调谐。更重要的是，通过控制天线的感应磁偶极模式和电偶极模式之间的相位差，磁偶极发射器和电偶极发射器的发射方向被示出为彼此相反。同时，这两种偶极发射体的Purcell因子都可以提高一个数量级以上，并且在可见光谱范围内都可以保持较高的量子效率。我们进一步表明，这些单向发射现象可以承受小的无序效应的面内偶极子的方向和位置。我们的研究提供了一个简单而通用的平台，可以塑造磁和电偶极子发射器的发射。
2018-10-15 physics.optics
Surface enhanced circular dichroism spectroscopy mediated by non-chiral nanoantennas
我们从理论上研究了非手性纳米天线存在下手性分子的光物质相互作用。支持光频电或磁偶极子的各向同性纳米结构足以局部增强分子的手性极化率的激发，从而增强其圆二色性光谱。然而，同时电和磁偶极子是必要的，以实现净，空间平均增强。我们的贡献提供了一个理论框架，以了解手性光-物质在纳米尺度上的相互作用，并设置了必要和充分的条件，以提高圆二色光谱在纳米天线的存在。结果可能导致新的，场增强，手性光谱技术。
2012-09-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Single Photon Source from a Nanoantenna-Trapped Single Quantum Dot
具有高亮度和亚纳秒寿命的单光子源是量子技术的关键部件。光学纳米天线可以增强单个量子发射器的发射特性，但这种方法需要在等离子体热点处精确地定位源的纳米级位置。在这里，我们使用等离子体纳米天线同时捕获单个胶体量子点并增强其光致发光。纳米光学捕获自动将量子发射器定位在纳米天线热点处，而无需进一步处理。我们的专用纳米天线设计实现了用于量子点捕获的0.6 fN/nm/mW的高陷阱刚度，以及2 mW/ $μ$ m $^2$的相对低的捕获功率。来自纳米天线捕获的单个量子点的发射显示出7倍增加的亮度、50倍减少的闪烁、2倍缩短的寿命和低于0.5的清楚的反聚束，证明了真正的单光子发射。将纳米光镊与等离子体增强技术相结合，是一种很有前途的量子技术和单纳米物体光谱学研究的途径。
2021-08-14 physics.optics
Statistical analysis of many single-molecule encounters reveals plasmonic resonance dependent nanoantenna-molecule interactions
传统上，单发射体与等离子体结构之间的纳米级相互作用是依靠近乎完美的、确定性的、纳米尺度控制来研究的。这种方法是超低通量的，因此使得系统研究难以实现。在这里，我们表明，超分辨率显微镜与数据驱动的统计分析相结合，可以研究单分子与谐振纳米天线的近场相互作用。我们系统地调整天线的光谱共振，并表明发射器可以根据其与所述结构的耦合强度分离，这最终允许在单个纳米天线周围重建2D相互作用图。
2019-04-26 physics.chem-ph physics.optics
Fluorescence enhancement in topologically optimized gallium phosphide all-dielectric nanoantennas
本文结合FCS测量与LDOS模拟，验证拓扑优化GaP全介质纳米天线可在20–50 nm间隙中使染料分子荧光平均增强63倍、最高93倍，并指出加工调控可进一步提升性能。
2024-02-08 physics.optics
Control of light emission of quantum emitters coupled to silicon nanoantenna using cylindrical vector beams
本文研究利用圆柱矢量光束的偏振和形状，结合硅纳米环天线，在空间上同时控制Eu3+离子的电偶极和磁偶极发射，并通过实验与数值模拟验证了激发近场和发射LDOS的协同调控作用。
2023-03-22 physics.optics
Coupling a single solid state quantum emitter to an array of resonant plasmonic antennas
等离子体共振阵列或元表面形成入射光场和发射过程的局部态密度。与单个纳米天线相比，它们提供了来自发射器的增强发射的大区域和更大的设计灵活性。这使得它们对于工程光学吸收和发射具有极大的兴趣。在这里，我们研究了一个单一的量子发射器，一个自组装的半导体量子点，等离子体元表面的耦合。我们调查的纳米天线的光谱特性的影响和发射器的结构中的单位细胞的位置。我们观察到的共振增强，由于在远场制度的发射器阵列耦合，并找到一个明确的区别，从一个发射器与单个天线的相互作用。
2018-01-10 physics.optics
On the Excitation and Radiative Decay Rates of Plasmonic Nanoantennas
等离子体纳米天线能够将入射电磁场限制和增强到非常亚波长的体积中，同时有效地将能量辐射到远场。这些特性使得等离子体纳米天线被广泛用于激发量子发射体，如分子和量子点，也用于从它们中提取光子，用于远场测量。由于电磁互易性，预期等离子体纳米天线辐射能量与外部源可以将能量耦合到它们一样有效。在本文中，我们采用多极展开（米氏理论）和数值模拟表明，虽然互易性举行，某些等离子体天线辐射能量更有效地比一个可以耦合到他们的能量。这项工作铺平了道路，设计等离子体天线的特定属性的应用程序中的近远场的关系是非常重要的，如：表面增强拉曼光谱，在室温下的强耦合，和工程的量子态的纳米等离子体器件。
2022-03-14 physics.optics quant-ph
Planar chiral nanoantenna for excitation-chirality-controlled hot spot modulation and emitter-coupled circularly polarized emission
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Abbe Center of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光学中心）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼茨光子技术研究所）；University of Würzburg（维尔茨堡大学）；The Australian National University（澳大利亚国立大学）；Academia Sinica（中央研究院）；National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）
本文提出平面手性等离激元纳米天线，通过激发光手性控制纳米间隙热点，实现近场调制与量子发射器耦合产生圆偏振发射，为纳米级圆偏振单光子源提供新途径。
2026-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single photon emitters in monolayer semiconductors coupled to transition metal dichalcogenide nanoantennas on silica and gold substrates
本文利用多层TMD纳米天线在SiO2和金衬底上局域化形成WSe2单光子发射器，实现强光子增强与高收集效率，并通过数值模拟优化几何结构，使荧光增强达4-5个数量级。
2024-08-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Color Routing and Beam Steering of Single-Molecule Emission with a Spherical Silicon Nanoantenna
University of Fribourg（弗里堡大学）；Sorbonne Université, CNRS, Institut des NanoSciences de Paris, INSP（索邦大学，法国国家科学研究中心，巴黎纳米科学研究所）；University of Cantabria（坎塔布里亚大学）；Kobe University（神户大学）；Swiss National Center for Competence in Research (NCCR) Bio-inspired Materials, University of Fribourg（瑞士国家卓越研究中心（NCCR）生物启发材料中心，弗里堡大学）
本研究利用DNA折纸技术将单荧光团精确置于硅球形纳米粒子附近，实现高达约7 dB的单向发射，并展示了该天线可作为颜色路由器或光束偏转器，取决于尺寸、光谱和距离。
2025-10-23 physics.optics
From single-particle-like to interaction-mediated plasmonic resonances in graphene nanoantennas
等离子体纳米结构吸引了巨大的关注，因为它们将电磁场限制在衍射极限以下，同时维持极端的局部场增强。为了充分利用这些特性，识别和分类这种纳米结构中的共振是至关重要的。最近，一种新的品质因数的共振分类已被提出1，其适用性主要是证明玩具模型系统。这种新的测量，基于能量的等离子体指数（EPI），表征了分子纳米结构中共振的性质。EPI基于激发的能量空间相干动力学来区分单粒子类或等离子体性质的共振。为了推进这一新建立的措施的进一步发展，我们在这里提出了它的示例性应用，以表征石墨烯纳米天线的共振。特别是，我们专注于在掺杂的纳米天线的谐振。该结构是感兴趣的，因为考虑到真实空间中的电子动力学可能表明在低掺杂极限中选择的共振的等离子体性质，但我们的分析揭示了相反的情况。我们发现，在未掺杂和适度掺杂的纳米天线，EPI分类所有新兴的共振为主的单粒子样，只有在掺杂的结构严重，EPI观察等离子体响应。
2020-11-27 cond-mat.mes-hall physics.atm-clus physics.optics
Mesa-top quantum dot single photon emitter arrays: growth, optical characteristics, and the simulated optical response of integrated dielectric nanoantenna-waveguide systems
纳米光子量子信息处理系统需要空间有序的、光谱均匀的单光子源（SPS），其与共同设计的光操纵元件集成在芯片上，提供发射速率增强、发射光子引导和无损传播。为了这个目标，我们考虑包括SPS阵列的系统，每个SPS耦合到基于电介质构建块（DBB）的多功能光操纵单元（LMU）。对于SPS阵列，我们报告触发单光子发射从GaAs（001）/InGaAs单量子点（SQDs）选择性生长在纳米台面上使用的方法的衬底编码的尺寸减小外延（SESRE）。系统的温度和功率依赖的光致发光（PL），PL激发，时间分辨PL，和发射统计研究揭示了高光谱均匀性和单光子发射在8 K与g（2）（0）的0.19 ± 0.03。基于SESRE的SPS阵列，在生长平坦化覆盖层之后，容易与随后使用2D光子晶体方法或如本文理论上研究的基于DBB的LMU制造的LMU集成。我们报告的模拟光学响应的SPS嵌入DBB为基础的纳米天线波导结构的多功能LMU。发射速率增强、引导和无损传播的多个功能源自调谐到980 nm的SPS目标发射波长的基于相互作用DBB的LMU的相同集体米氏共振（主要是磁性的）的行为。模拟利用分析方法，提供物理洞察所获得的数值结果。总之，结合实验和建模演示打开了一个丰富的方法来实现共同设计的片上集成SPS-LMU，反过来，作为集成纳米光子信息处理系统的基本元素。
2017-01-06 physics.optics
Monolithically integrated single quantum dots coupled to bowtie nanoantennas
确定性地将半导体量子发射器与等离子体纳米器件集成为芯片级可集成的真正纳米级量子光子技术铺平了道路。为此，需要稳定且明亮的半导体发射器，其还允许在电信频带中的CMOS兼容性和光学活性。在这里，我们展示了强烈增强的光-物质耦合的单个近表面（$<10\,nm$）InAs量子点单片集成到电磁热点的亚波长尺寸的金属纳米天线。天线强烈地增强单个量子点的发射强度达$\sim16\times$，该效应伴随着达$3.4\times$ Purcell增强的自发发射率。此外，发射沿天线轴强烈极化，线性极化度高达$\sim85\,\%$。结果明确地证明了单个量子点与最先进的纳米天线的有效耦合。我们的工作为实现量子等离子体传感器，阶跃变化的光伏器件，明亮和超快的量子光源和高效的纳米激光器提供了新的视角。
2016-03-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Momentum microscopy of ultrafast electron emission from a strongly driven optical nanoantenna
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；ELI ALPS, The Extreme Light Infrastructure ERIC（ELI ALPS，极端光基础设施ERIC）；Leibniz Institute of Photonic Technology（莱布尼兹光子技术研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；HUN-REN Wigner Research Center for Physics（匈牙利科学院Wigner物理研究中心）
本研究结合光发射电子显微镜与动量显微镜，对双孔纳米天线进行强场实验，揭示了抖动与亚周期两类电子轨迹的不同发射特征，展示了纳米尺度强场控制电子的潜力。
2026-09-15 physics.optics
DNA origami assembled nanoantennas for manipulating single-molecule spectral emission
本研究利用DNA折纸技术精准定位金纳米棒周围的染料分子，探究位置依赖的等离激元共振对单分子发射光谱的调控作用，发现选择性振动跃迁增强引发的第二荧光峰，且部分光谱变化不符合卡莎规则。
2023-06-09 physics.app-ph physics.optics
Directional Emission from Dielectric Leaky-Wave Nanoantennas
纳米光子学创新的一个重要来源是将已知的无线电波技术按比例缩小到光学范围的想法。这种方法的一个彻底研究的例子是金属纳米天线，其采用等离子体共振将局部发射器耦合到选定的远场模式。虽然金属在微波领域可以被视为完美导体，但它们的响应在光频率下变得类似德鲁德。因此，等离子体纳米天线是固有损耗的。此外，它们的谐振性质要求精确控制天线几何形状。一个有希望的方法来规避这些问题是使用宽带纳米天线制成的低损耗介电材料。在这里，我们报告了由二氧化铪制成的有源介电漏波纳米天线的高度定向发射。沉积在纳米天线馈电间隙中的胶体半导体量子点用作局部光源。利用傅立叶成像技术测量了不同尺寸有源纳米天线的辐射方向图。我们发现所有的天线尺寸的高度定向发射，强调我们的设计的宽带操作。
2017-06-27 physics.optics
Chiral Huygens metasurfaces for nonlinear structuring of linearly polarized light
我们报告了一种手性纳米结构，我们称之为“蝴蝶纳米天线”，当用于超颖表面时，允许将线性偏振光束直接转换为任意复杂度的非线性光学远场。蝶形纳米天线在其间隙中对于每个入射线性偏振都表现出场增强，这可以被用来驱动间隙内的非线性光学发射器，用于在线性等离子体不可访问的频率范围内结构化光。由于间隙中的场的偏振、相位和振幅是高度受控的，因此间隙中的非线性发射器表现为理想化的惠更斯源。因此，提出了一种通用框架，其中蝶形纳米天线可以布置在表面上以产生具有高纯度的高度结构化的远场非线性光束。一个第三谐波拉盖尔-高斯光束携带的光学轨道角动量为41的演示作为一个例子，通过大规模的模拟上的高性能计算平台的全等离子体元表面的面积大到足以容纳多达3600个纳米天线。
2016-09-24 physics.optics
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
An arrayed nanoantenna for broadband light emission and detection
我们提出了一种宽带光学单向阵列纳米天线组成的均匀间隔的纳米棒逐渐变化的长度。每个纳米棒可以由以不同频率辐射的近场量子发射器驱动，或者根据互易原理，由相同频率的入射光驱动。纳米天线的宽带单向发射和接收特性为亚波长光操纵和量子通信以及提高光伏检测器、发光二极管和太阳能电池等光敏器件的性能开辟了新的机会。
2011-07-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Ultrabright room-temperature single-photon emission from nanodiamond nitrogen-vacancy centers with sub-nanosecond excited-state lifetime
从耦合到等离子体纳米天线的量子发射器获得的超快发射速率最近在量子信息和传感应用中从根本上打开了新的可能性。等离子体纳米天线通过显著缩短量子发射器的荧光寿命来大大提高其亮度。支持强限制模式的间隙等离子体纳米腔对于这样的应用特别感兴趣。我们证明了从纳米金刚石中的氮空位（NV）中心耦合到纳米尺寸的间隙等离子体腔的单光子发射，其内部模式体积比立方真空波长小约10000倍。由此产生的结构具有亚纳秒NV激发态寿命和高达每秒5000万计数的检测光子速率。荧光饱和度的分析允许提取由纳米天线提供的多阶激发速率增强。效率分析表明，NV中心在远场每秒产生高达2.5亿个光子。
2017-12-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
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
Distance dependent interaction between a single emitter and a single dielectric nanoparticle using DNA origami
本文利用DNA折纸技术在单分子水平上研究硅纳米粒子与有机荧光团的距离依赖相互作用，发现介电纳米天线可在短距离内显著改变衰减速率并保持高量子产率，展示了其优于金属天线的性能。
2025-05-06 physics.optics
Room Temperature Fiber-Coupled single-photon devices based on Colloidal Quantum Dots and SiV centers in Back Excited Nanoantennas
我们展示了一个重要的一步，在芯片上集成的单光子源在室温下工作的光纤耦合的定向量子发射器与背激发。方向性是通过混合金属-电介质靶心天线实现的，而反向激励是通过将发射器放置在靶心中心的亚波长孔处或孔中来实现的。总的来说，独特的设计使得能够从片上器件的背面直接激光激发，并且将高度准直的光子发射非常有效地耦合到低数值孔径（NA）自由空间光学器件或直接从前面耦合到光纤。为了展示该概念的多功能性，我们制造了包含胶体量子点或含纳米金刚石的硅空位中心的设备，这些设备使用两种不同的纳米定位方法精确地耦合到纳米天线。两种背激发装置在低至0.5的NA下显示约70%的前收集效率。此外，反向激发与前向低NA方向性的组合使得能够将发射的光子直接耦合到近端光纤中，而不需要任何耦合光学器件，从而促进并大大简化未来的集成。
2023-03-19 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Nanoantenna enhanced radiative and anisotropic decay rates in monolayer-quantum dots
纳米天线增强胶体量子点的超快发射是快速量子通信所必需的。这种器件的片上集成需要可扩展的高吞吐量技术。报道了利用自组装光刻技术在致密的CdSe量子点单层上制备金纳米棒天线的方法。我们证明了共振和非共振金纳米棒天线增强辐射和各向异性衰减。大量的模拟解释了衰减率的机制和天线在随机和紧凑的单层量子点中的作用。这项研究可能会在量子点显示和量子通信设备中找到应用。
2016-09-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
On-Chip Scalable Coupled Single Photon Emitter- All Dielectric Multifunctional Quantum Optical Circuits Working on a Single Collective Mie Resonance
我们提出了基于有限元方法的光网络中的片上受控光子干涉的仿真结果，该光网络基于基元的互连阵列，基元包括嵌入在基于光刻可制造矩形电介质构建块（DBB）的元结构中的单个光子源（SPS），其中整个电路的单个集体米氏谐振提供了纳米天线、状态保持引导分束和合束。实现了SPS到DBB的共同设计的集体Mie模式的有效耦合。这些发现为芯片上可扩展的纳米光子量子信息处理系统的光学电路的制造和检查提供了强有力的激励。
2018-11-16 physics.optics quant-ph
Collectively Driven Optical Nanoantennas
光学纳米天线，即，将局部光或波导模式转换成自由传播场以及将自由传播场转换成局部光或波导模式的元件是现代纳米光子学的重要组件。光学天线已经被证明会引起Dicke超辐射效应，即，量子源的集体自发发射。然而，相干激励对天线性能的影响，如方向性，效率和Purcell效应，仍然是大多未被探索。在此，使用由量子模型支持的全波数值模拟，我们揭示了相干激发允许控制天线多极子，按需激发非辐射状态，增强方向性并提高天线辐射效率。这种集体激发对应于量子图像中具有非零偶极矩的状态，其中量子相位被很好地定义。这项工作的结果带来了另一个自由度-量子发射器系综的集体相位-来控制光学纳米天线，因此，为使用集体激发用于具有优异性能的纳米光子器件铺平了道路。为了使讨论与频率范围无关，我们考虑全介质设计并使用无量纲单位。
2020-11-22 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Enhancement and Inhibition of Spontaneous Photon Emission by Resonant Silicon Nanoantennas
用贵金属代替高折射率的金属最近被提出作为纳米光子学中的替代策略，以设计宽带光学谐振器并规避等离子体材料的欧姆损耗。在本报告中，我们证明了亚波长硅纳米天线可以操纵荧光分子的光子发射动力学。在实践中，它表明，介电纳米天线可以增加和减少在室温下的局部光态密度（LDOS），这是一个过程，在纳米级的贵金属是不可访问的。使用扫描探针显微镜，我们定量分析，在三个维度上，100 nm的荧光纳米球和硅纳米天线之间的近场相互作用，直径范围在170 nm和250 nm之间。与数值模拟相关联，这些测量表明增加或减少的总自发衰变率高达15%，发射光子的收集效率高达85%。我们的研究证明了硅基纳米天线在纳米尺度和室温下对固态发射器进行低损耗操作的潜力。
2016-12-30 physics.optics
Enhancement of and interference among higher order multipole transitions in molecules near a plasmonic nanoantenna
量子发射体的自发发射可以通过工程化它们的光学环境来修改。这允许谐振纳米天线显著地修改量子发射器的辐射特性。在这篇文章中，我们超越了通常的电偶极近似，考虑了分子电子跃迁的高阶多极耦合。我们调查，通过理论和数值模拟，一个强大的增强磁偶极子和电四极发射通道的分子相邻的等离子体贴片纳米天线。虽然已经考虑了这一点，但在以前的工作中通常假设每个分子跃迁仅由这些多极发射通道中的一个主导。这自然会导致讨论修改后的发射的概念，在修改后的局域态密度定义为每个特定的多极过渡。实际上，这限制了该方法的适用性，因为特定的分子转变通过必须同时考虑的多个多极途径发生。在这里，我们引入了一个框架，通过（a）对其多极矩进行严格的量子化学计算和（b）通过对耦合到任意形状纳米天线时的跃迁速率的连续研究来研究分子中高阶跃迁之间的干涉效应。基于这种形式主义，我们预测这些过渡通道之间的干扰效应。这允许通过利用相消干涉来强抑制辐射。我们的工作表明，将适当选择的分子放置在相对于纳米天线的明确定义的位置和明确定义的方向上可以完全抑制跃迁概率。
2020-02-18 physics.atom-ph physics.optics
Dynamical photon-photon interaction mediated by a quantum emitter
本研究利用单量子发射器与纳米光子波导的相干耦合实现单光子波包间量子非线性作用，演示双光子调控并揭示其动态响应，为构建复杂光子量子资源态提供新方向。
2024-06-25 physics.optics quant-ph
Delocalization of nonlinear optical responses in plasmonic nanoantennas
利用近红外飞秒激光束局部照射微米长的金棒光学天线，观察到远距离双光子发光和二次谐波产生.我们表明，非线性辐射可以从整个天线和测量的远场角模式承担的信息的性质和起源的各自的非线性过程。我们证明了非线性响应的传输在激发频率的传播表面等离子体激元，从而使极化激元介导的剪裁和设计的非线性响应。
2015-03-25 physics.optics
Antiresonance-Like Behavior in Carrier-Envelope-Phase-Sensitive Optical-Field Photoemission from Plasmonic Nanoantennas
考虑到光场发射的准静态性质和发射速率对瞬时电场强度的非平凡依赖性，所发射的光电流的CEP敏感分量对光脉冲的能量高度敏感，并且应当携带关于电子发射的潜在子循环动力学的信息。在这里，我们研究CEP敏感的光电发射等离子体激元金纳米天线激发的几个周期的光脉冲的能量增加。我们在CEP敏感光电流中观察到反共振特征;具体地说，在临界脉冲能量下，我们观察到CEP敏感光电流的幅度急剧下降，伴随着光电流相位的π弧度的突然偏移。使用准静态隧穿发射模型，我们发现，这些反共振的功能出现由于相邻的光学半周期之间的竞争电子发射，并且它们是高度敏感的驱动光波形的精确形状在发射器的表面。由于产生类反共振特征的基本机制是非线性场驱动光电发射的一般结果，类反共振特征可用于探测亚光周期、亚飞秒发射过程，不仅来自固态发射器，而且来自气相原子和分子。除了在超快，场驱动电子物理学的研究中的应用，这些反共振的功能的理解将是至关重要的，为未来的时域计量和显微镜应用，需要阿秒的时间和纳米空间分辨率的新型光电阴极的发展。
2018-10-17 physics.optics
Control of NV center radiation in nanodiamonds by silicon nanoantennas
纳米光子学系统的发展是量子通信和计算的关键。介电纳米系统通过固有的电和磁共振实现了光控制的各种机会，但它们的全部潜力尚未被发现。在这里，NV中心的纳米金刚石放置在硅纳米谐振器的近场区的发射特性进行了研究。实验表明，在50 nm纳米金刚石的单NV中心的自发发射率可以通过它们的耦合到球形纳米天线，减少约2倍的寿命分布的模式从16 ns到9 ns。还示出，与来自裸衬底上的相同纳米金刚石的强度相比，来自耦合到圆柱形纳米天线的150 nm纳米金刚石中的多个NV中心的光致发光发射的收集强度增加超过50
2022-08-26 physics.app-ph physics.optics
Tuning nonlinear second-harmonic generation in AlGaAs nanoantennas via chalcogenide phase change material
在全介电纳米结构中设计非线性光学过程的能力对于高性能、鲁棒性和小型化的非线性光学器件来说是基本的兴趣和高度期望的。在此，我们提出了一种新的范例，通过与硫系相变材料集成，在介电纳米天线中有效地调谐二次谐波产生（SHG）过程。在具有Ge $_{2}$ Sb $_{2}$ Te $_{5}$（GST）膜夹在AlGaAs纳米天线和AlO $_{x}$衬底之间的设计中，来自AlGaAs纳米天线的非线性SHG信号可以经由由光诱导的米氏型共振诱导的共振局部化场来增强，并且通过以非易失性、多级方式利用GST非晶到结晶相变来进一步调制。调谐策略起源于通过改变GST的折射率来调制谐振条件。随着不同的纳米天线半径的调谐性能的彻底检查，高达540 $\%$的最大调制深度的数值证明。这不仅揭示了GST在光学非线性控制中的潜力，而且为智能设计可调谐和可重构的非线性光学器件提供了有前途的策略，例如，光发射器、调制器和传感器。
2021-09-25 physics.app-ph physics.optics
Evaluation of Moderate Refractive Index Nanoantennas for Enhancing the Photoluminescence Signal of Quantum Dots
本研究系统对比金属、高/中等折射率介电纳米结构对可见光波段CdSe/ZnS单量子点激发与发射的优化效果，发现中等折射率结构可增强光致发光，而金属-高折射率混合结构的强度增强和Purcell因子最优，为单光子源开发提供参考。
2024-09-16 physics.optics
Body-of-Revolution Finite-Element Model of Plasmon-Enhanced Fluorescence
University of Birmingham（伯明翰大学）；Kyambogo University（坎博戈大学）；University of Pretoria（比勒陀利亚大学）；National Institute for Theoretical and Computational Sciences (NITheCS)（国家理论与计算科学研究所）
本研究提出旋转体有限元方法（BOR-FEM），用于高效建模轴对称及可等效轴对称的非轴对称等离子体增强荧光体系，揭示了壳厚对工作模式的影响，其预测结果与实验吻合良好，为相关生物纳米光子体系设计提供了实用途径。
2026-08-19 physics.optics
Programmable Quantum Mode Switches via Plasmonic Toroidal Nanoantennae
Bilkent University（比尔肯特大学）；UNAM - National Nanotechnology Research Center and Institute of Materials Science and Nanotechnology, Bilkent University（比尔肯特大学国家纳米技术研究与应用中心及材料科学与纳米技术研究所）
本文研究了利用等离子体纳米天线实现量子模式光谱响应的可编程开关，通过局部响应有限差分时域模拟，展示了通过引入有效的洛伦兹量子对象（QOs）实现高对比度光谱切换，为单个或多个QO配置的光谱检测和单模式切换提供了新的架构。
2026-05-18 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
All-dielectric nanoantennas for unidirectional excitation of electromagnetic guided modes
通过在纳米尺度上构造它们的环境来工程化来自单个量子发射器的辐射的强度和方向是现代纳米光子学的基石。最近发现的系统表现出自旋-轨道耦合的光在这方面特别感兴趣。在这封信中，我们已经证明，位于其表面的缺口中的点偶极源的高指数亚波长电介质纳米颗粒的不对称激发导致形成手性近场，这类似于圆极化偶极或四极。使用数值模拟，我们已经表明，这种效果是一个更高的多极（四极和八极）模式的纳米粒子内的激发的结果。我们已经将这种效应应用于介质波导和表面等离子体激元极化激元模式的单向激发。我们已经实现的值的前-到-回比高达5.5的介质波导和7.5的等离子激元之一。我们的研究结果对纳米光子学和量子信息处理系统的集成具有重要意义。
2015-08-11 physics.optics
Optical ultracompact directional antenna based on a dimer nanorod structure
控制光发射器的方向性对于其在通信和生物传感设备中的应用至关重要。金属纳米天线已被证明会影响附近发射器的激发和发射特性，包括其发射的方向性。在这方面，基于Yagi-Uda设计的光学定向纳米天线已在可见光范围内得到证明。尽管这一令人印象深刻的概念证明，它们的整体尺寸和相当数量的元件代表了在纳米光子应用中利用这些天线以及将它们并入光子芯片的障碍。为了应对这些挑战，我们研究了一种替代设计。特别是，我们数值演示了基于两个平行的金纳米棒（并排二聚体）的超紧凑光学天线的单向性。我们的结果表明，通过放置在近场中的发射器激发反相模可以导致单向发射。此外，为了验证这种设计的可行性，我们研究了几个参数，如纳米棒的形状，二聚体组装中可能存在的缺陷，以及发射极的不同位置和方向对方向性的影响。我们的结论是，这种设计是强大的变化，使其实验上可以实现。
2022-04-05 physics.app-ph physics.optics
Strong Superradiance of Coherently Coupled Magnetic Dipole Emitters Mediated by Whispering Gallery Modes of a Subwavelength All-Dielectric Cavity
磁偶极子（MD）发射体与普通光子谐振腔的相互作用通常很弱，这部分是由于谐振腔的近场磁场增强较弱。在这里，我们表明，耳语画廊模式（WGM）的亚波长介质腔不仅可以大大提高MD发射器的发射速率，但也带来了有效的耦合之间的相干MD发射器。在WGM腔中，单个发射极的最大发射率（γmax）发生在场型的波腹处。MD发射器的发射也可以受到另一个相干发射器的极大影响，这取决于WGM的磁场响应。最大贡献也可以达到γmax。值得注意的是，由于WGM的高质量特征，相干MD发射器的合作发射率在所考虑的范围内不随距离衰减。与发射相反，发射体的吸收几乎不受WGM介导的发射体之间的相干耦合的影响。发光和吸收性能的差异与WGM的激发行为密切相关。我们的研究结果是重要的增强磁光物质的相互作用。
2022-11-24 physics.optics
Metal-Dielectric Antennas for Efficient Photon Collection from Diamond Color Centers
基于类原子缺陷的量子技术的一个核心挑战是有效收集发射体的荧光。光学天线是有吸引力的，因为它们提供定向发射以及跨越宽发射器频谱的自发发射速率增强。在这项工作中，我们介绍和优化金属介电纳米天线的设计嵌入到金刚石基板和量子发射器对齐。我们分析了外部量子效率，收集效率，Purcell因子和整体收集光子速率之间的权衡。该分析表明，与裸发射极相比，优化的金属-电介质混合结构可以将从氮空位中心收集的光子速率提高两个数量级以上。因此，这些金属-电介质天线应该能够在室温下对NV中心进行单次电子自旋测量。
2017-11-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Mutually enhancing light emission between plasmonic nanostructures and fluorescent emitters
我们证明了荧光发射体可以反过来增加等离子体纳米结构的光发射。在原子力显微镜的帮助下，由荧光纳米金刚石和金纳米颗粒组成的混合系统被组装成一步一步的原位光学测量。我们发现，从纳米粒子的发射增加相比，耦合前。等离子体纳米结构和荧光发射体之间的相互作用被理解为基于量子化光学腔的概念的实体，通过将纳米金刚石和纳米颗粒分别考虑为两级能量系统和纳米谐振器。理论计算表明，等离子体激元耦合效应和介电纳米天线效应都有助于增强金纳米颗粒的发光。
2017-04-25 physics.optics
Emission redistribution from a quantum dot-bowtie nanoantenna
我们提出了一个单一的自组装InGaAs量子点耦合到附近的（$\sim 25nm$）等离子体天线的实验和模拟研究相结合。显微光致发光光谱显示$\sim 2.4\times$强度增加，这归因于量子点-天线系统的发射的空间远场再分布。功率相关的研究表明，在偏振分辨测量中，耦合和非耦合量子点发射的$2.5μW$的饱和功率相似。此外，时间分辨光谱揭示了耦合到天线的量子点与未耦合的点相比没有Purcell增强，产生了可比较的$τ\sim0.5ns$的激子寿命。数值模拟结果支持了这一观察结果，表明$<2\times$对发射极-天线间距$>25nm$的Purcell效应很小。从耦合的量子点-等离子体天线系统中观察到的增加的发射被发现与数值模拟具有良好的定性一致性，并且将导致更好地理解这种新颖的量子点-等离子体混合系统中的光-物质耦合
2016-02-05 physics.optics
Photon-mediated interactions and dynamics of coherently driven quantum emitters in complex photonic environments
该研究针对嵌入混合光子-等离子体腔的两个相干驱动失谐量子发射器系统，通过与宏观场量子化精确计算对比，评估了Born-Markov主方程模型在结构化色散光子环境中的准确性，发现了四类驱动与分裂区域对应不同的模型精度水平。
2025-08-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Super- and subradiant dynamics of quantum emitters mediated by atomic matter waves
该研究探索光学晶格中量子发射器通过原子物质波介导的协同动力学，观测到超流相的定向超/亚辐射、莫特绝缘体中的相干累积及集体束缚态耦合，为多体量子光学研究提供新工具。
2023-11-16 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Long-lived quantum correlation by cavity-mediated subradiance
本研究在低品质因子腔中实现多个量子发射体的长寿命亚辐射态，通过平衡腔耗散、耦合强度和非相干泵浦，产生高度负合作参数及大光子聚束，为量子存储和计量提供长寿命纠缠资源。
2024-12-12 physics.optics quant-ph
Angle-resolved polarimetry measurements of antenna-mediated fluorescence
光学相控阵天线不仅可以用来控制量子发射器荧光的角分布，还可以用来控制量子发射器荧光的偏振。所得系统的发射模式由天线的性质、发射器的性质和天线-发射器耦合的强度确定。在这里，我们表明，傅立叶偏振可以用来表征这三个贡献。为此，我们测量的角度和斯托克斯参数分辨发射的靶心等离子体天线以及螺旋天线激发的发射器的合奏。我们估计的天线-发射器耦合的基础上的偏振度，并确定各向异性的影响，在固有的发射器的方向上产生的发射模式的偏振。我们的研究结果不仅提供了新的见解的牛眼和螺旋天线的行为，但也表明傅立叶偏振表征天线介导的荧光时的潜力。
2015-05-30 physics.optics
Hybrid plasmonic nano-emitters with controlled single quantum emitter positioning on the local excitation field
基于量子点发射器（QD）和等离子体纳米天线的组合的混合等离子体纳米发射器在光的控制方面开辟了新的前景。然而，在纳米尺度上精确定位任何活性介质都是一个挑战。在这里，我们报告的天线的近场和活性介质的空间分布是通过等离子体激元触发的2-光子聚合的光敏制剂包含量子点控制的最佳重叠。金纳米粒子的各种几何形状被认为是。这些混合纳米发射器的响应被示出为对光偏振高度敏感。不同的光发射状态证明了光致发光测量。这些状态对应于激发局部场和活性介质分布之间的偏振敏感纳米级重叠。单体制剂内QD浓度的降低允许在Au颗粒附近捕获单个量子点。后者的对象显示在单光子制度的偏振相关的开关。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
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
Tunable and robust long-range coherent interactions between quantum emitters mediated by Weyl bound states
量子发射体之间的长程相干相互作用对于量子信息和模拟技术是有用的，但是它们通常难以从耗散中分离出来。在这里，我们展示了如何在光子外尔环境中获得这种相互作用，由于出现了一个异国情调的束缚态，其波函数显示幂律空间限制。使用一个确切的形式主义，我们展示了这种束缚态如何可以调解发射器之间的相干传输的激发，几乎没有耗散和传输速率，遵循相同的缩放与距离的束缚态波函数。此外，我们表明，Weyl点的拓扑性质转化为两个重要的特征的Weyl束缚态，因此它介导的相互作用：第一，它的范围可以调整而不会失去幂律约束，第二，他们是强大的能量紊乱下的浴。据我们所知，这是第一个提出的光子设置，同时结合了相干性，可调性，长距离和鲁棒性的混乱。这些发现最终可能为设计更强大的长距离纠缠协议或研究长距离相互作用系统的量子模拟实现铺平道路。
2020-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Hybrid Dielectric-Plasmonic Nanoantenna with Multiresonances for Subwavelength Photon Sources
由光学纳米天线诱导的量子点的光致发光的增强已经被大量研究，但是在优化和优化这样的结构方面仍然有很大的兴趣，特别是当伴随着实验演示时。大多数实现使用等离子体平台，有些还使用全介电纳米天线，但混合介电-等离子体（亚波长）纳米结构很少探索。在本文中，我们提出并证明了单亚波长混合介质-等离子体光学纳米天线耦合到本地化的量子点发射器，构成高效和明亮的单向光子源下的光泵。为了实现这一目标，我们设计了一个硅纳米环，它位于一个金镜上，其间有一个10 nm的间隙，其中嵌入了一个胶体量子点的组装体。这样的结构支持（辐射）天线模式和（非辐射）间隙模式共振，我们利用它的双重目的的出耦合的量子点发射的光到远场与平面外的方向性，并通过光泵增强点的激发。此外，共振光谱位置的几乎独立的控制可以通过简单的几何参数，如环的内径和外径的调整，使我们能够方便地调整这些共振相对于量子点的发射和吸收波长。使用所提出的架构，我们获得实验平均荧光增强因子高达$654\times$倍，主要是由于高辐射效率，并与定向发射的光致发光成一个圆锥体的$\pm 17\degree$在垂直于样品平面的方向。我们相信这里提出的解决方案是可行的，并与下一代发光器件相关。
2023-02-28 physics.optics
