Switching Purcell effect with nonlinear epsilon-near-zero media
光学拓扑转变被定义为在ε近零（ENZ）频率附近的光子晶体表面的变化，其可以显著地改变放置在超材料板附近的量子发射器的自发发射。在这里，我们表明，由于在ENZ频率的强克尔非线性，高功率脉冲可以诱导等频色散曲线的拓扑结构的突然转变，导致传播以及倏逝波通过超材料板的传输的显着变化。该倏逝波开关效应允许通过Purcell效应的调制来控制自发发射。我们开发了增强的ENZ介质的非线性响应的s和p偏振输入的理论，并表明，这种非线性效应是更强的p偏振，几乎是独立的入射角。我们进行时域有限差分（FDTD）模拟，以证明超材料板的瞬态响应的超快脉冲和快速开关的Purcell效应在亚皮秒尺度。在ENZ处的Purcell因子变化几乎为3倍，这比远离ENZ处的变化强一个数量级。我们还表明，由于多层金属-介质超晶格内部的空间场分布的不均匀性，一个独特的空间拓扑过渡的超材料可以通过控制脉冲诱导的非线性。我们的工作可以导致ENZ超材料中量子现象的超快速控制。
2018-07-06 physics.optics
Purcell effect in Hyperbolic Metamaterial Resonators
光发射器的辐射动力学可以通过适当设计的材料结构来操纵，该材料结构提供高的光子态局部密度，这种现象通常被称为Purcell效应。具有电磁模式的双曲色散的等离子体纳米棒超材料被认为提供具有宽带和非共振性质的显著的Purcell增强。在这里，我们研究了由纳米棒超材料形成的有限尺寸的腔，并表明在这些双曲谐振器中的Purcell效应的主要机制源于腔双曲模式，其在微观描述中源于形成腔的有限数量的纳米棒的相互作用的圆柱形表面等离子体模式。结果发现，垂直于纳米棒极化的发射体表现出很强的衰减速率增强，这主要是由棒的长度的影响。我们证明，这种增强源于超材料腔的法布里-珀罗模式。由这些腔模式传递的Purcell因子达到几百，这是在近零跃迁频率处出现的Purcell因子的4-5倍。增强的效果是不太明显的偶极子，沿杆极化。此外，它表明，由法布里-珀罗模式提供的Purcell因子遵循的尺寸参数的阵列，而衰减率在近零制度几乎是不敏感的几何形状。所提出的分析表明，在结构化的超材料中设计发射体特性，解决其微观结构的可能性。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Tunable hyperbolic metamaterials for brightening single-photon emission
Ludwig-Maximilians-Universität München（慕尼黑大学）；Brno University of Technology（布尔诺理工大学）
本研究通过系统评估双曲超材料中自发辐射增强与光子输出耦合，提出辐射Purcell因子作为更可靠品质因数，并利用相变材料实现动态可调谐、明亮的单光子源。
2026-10-14 physics.optics
Lasing Action with Gold Nanorod Hyperbolic Metamaterials
相干纳米级光子源对于实现全光通信至关重要。几种小于衍射极限的纳米激光器已经在理论上被提出，并通过实验证明了使用等离子体腔来限制光场。这种紧凑的腔体表现出大的Purcell因子，从而增强了自发发射，该自发发射进入激光模式。然而，迄今为止报道的大多数等离子体纳米激光器都采用了共振纳米结构，因此激光发射仅限于共振波长附近。在这里，我们报告了一种基于金纳米棒双曲超材料的激光发射方法。双曲超材料由于光学状态的大光子密度而提供宽带Purcell增强，同时还支持表面等离子体模式以由于纳米棒介质中的非局部效应而提供用于激光发射的光学反馈。我们通过与椭圆色散超材料的比较，实验证明了双曲超材料在实现激光作用方面的优势。数值模拟比较了不同色散的异向介质的Purcell因子和表面等离子体激元模式，支持了实验结果的结论。我们表明，虽然这两种类型的超材料支持激光，发射与双曲线样品的两倍左右，与椭圆形的阈值低35%。因此，双曲型超材料可以作为一个方便的平台，选择纳米相干光子源在一个广泛的波长范围。
2016-09-16 physics.optics
Cooperative field localization and excitation eigenmodes in disordered metamaterials
我们的近场响应的无序阵列包括非对称开口环谐振器，表现出很强的合作响应的数值和实验研究。我们的模拟处理的单位细胞分裂环谐振器作为离散的点状振荡器与相关的电和磁点偶极辐射，而强的合作辐射耦合之间的不同分裂环是完全包括在所有订单。该方法允许计算局部场和Purcell因子增强所产生的集体电和磁激励。我们发现实质上增加了标准偏差的Purcell增强与无序，使其越来越有可能找到集体激发本征模具有非常高的Purcell因子，也更强的磁比电的激发。我们发现，即使在存在强耗散损失的情况下，无序也可以显着修改超材料的合作响应，这是等离子体系统的情况。我们的集体本征模的分析铺平了道路，电磁设备功能的控制工程的基础上强相互作用的超材料阵列。
2019-02-01 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
Spontaneous emission enhancement in metal-dielectric metamaterials
研究了嵌入层状金属-介质超材料中的偶极发射体的自发发射。我们证明了超高值的Purcell因子在这样的结构中，由于高密度的双曲Islam表面的状态。我们发现，传统的有效介质的方法大大低估了Purcell因子的值，由于存在一个有效的非局部性，我们提出了一个分析模型，同意以及数值计算。
2011-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic Purcell effect in nanophotonics
对E. M. 50多年前的Purcell效应无疑已被证明是量子光学和纳米光子学丰富领域中最重要的效应之一。虽然在过去的几十年里，在这一领域的研究一直集中在电偶极子发射，最近的进展，在纳米纤维和磁量子发射体，如稀土离子的研究，刺激了自发发射的磁性方面的调查。本文综述了近年来利用各种纳米光子学系统增强磁偶极子量子发射体自发发射的研究进展。我们提供了描述磁发射体的Purcell效应的一般理论，概述了允许增强磁偶极子自发发射的特定纳米光子学结构的实现，并对该领域的挑战进行了展望，这些挑战对未来的研究仍然是开放的。
2016-10-06 physics.optics
Metamaterial based broadband engineering of quantum dot spontaneous emission
我们报告的宽带（~ 25 nm）增强的胶体量子点的辐射衰减速率，利用双曲线色散的一维超材料结构。
2009-12-12 physics.optics
Hyperbolic Metamaterials and Coupled Surface Plasmon Polaritons: comparative analysis
本文采用Kronig Penney（KP）模型研究了亚波长金属/介质层状结构（又称双曲型超材料）的光学特性。我们发现，双曲Issues表面存在的所有组合层的折射率和厚度，和最大的Purcell增强（PE）的自发辐射实现远离名义上的双曲区域。通过对金属/介质波导中的Hsps和表面等离子体激元（SPPs）导模的场分布、色散曲线和Purcell因子（PF）的详细比较，表明Hsps是弱耦合的间隙或平板SPPs模。宽带PE并不特定于阻碍，并且可以在单个薄金属层中容易地获得。此外，大的波矢和PE总是与高损耗、短的传播距离和大的阻抗相结合;因此，HPLC-PE本质上是能量直接耦合到金属中的自由电子运动中，或辐射寿命的猝灭。PE在Hyndrome是不相关的双曲性本身，但仅仅是在金属或极性介质中的介电常数的强色散的结果，因为我们的结论是相关的也发生在自然界中的红外Hyndrome。当涉及到辐射过程和场浓度的增强时，阻碍并不比更简单的等离子体结构优越。
2016-09-08 physics.optics
Purcell effect in PT-symmetric waveguides
本章概述了自发发射率增加的原理，即与光子宇称时间（PT）对称性有关的Purcell效应。针对PT对称耦合光波导系统，研究了Purcell因子在PT对称和破PT对称两种情况下的行为。令人惊讶的是，耦合波导中的例外点不影响Purcell因子。
2021-01-21 physics.optics
Strong coupling in semiconductor hyperbolic metamaterials
基于半导体的层状双曲超材料（HHPM）在红外光谱范围内具有高波矢体积等离子体激元（VPP）模式。通过增强的Purcell效应，在弱耦合区成功地利用了VPP模式。在本文中，我们实验证明了半导体隐马尔可夫模型中的VPP模式与外延嵌入量子阱的子带间跃迁之间的强耦合。我们观察到明确的anticrossings的零阶，第一，第二，和第三阶VPP模式的色散曲线，导致每个模式的上，下极化激元分支。该演示为将HPLC-IR与嵌入式外延发射器或检测器结构相结合创建新型红外光电结构奠定了基础。
2021-11-12 physics.optics
Broadband enhancement of spontaneous emission from nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds by hyperbolic metamaterials
我们实验证明了纳米金刚石中氮空位中心发射的宽带增强。通过使用具有双曲色散的多层超材料来实现增强。这种超材料是由金和氧化铝层交替堆叠而成的。我们的方法铺平了道路，建设高效的单光子源作为平面片上器件。
2013-04-24 physics.optics
Interplay of Purcell effect, stimulated emission, and leaky modes in the photoluminescence spectra of microsphere cavities
提出了一个描述微球腔体发射光谱的理论模型，并用光致发光（PL）光谱实验验证了该模型对ZnO微球中各级回音壁模（WGM）发射光谱的详细线形的预测.揭示了与各阶WGM相关的自发和受激发射谱中Purcell效应、品质因数和漏模的相互作用。该理论的关键成功是基于MS的全格林函数在复频率空间中的所有可能的共振模式方面的扩展，其允许将来自泄漏模式、受激发射过程和Purcell效应的贡献并入。结果表明，根据Mie理论计算的自发发射光谱（无Purcell效应）主要由漏模贡献，而自发辐射和Purcell效应增强的受激发射是实验观察到的WGM共振峰的主要来源.发现受激发射峰被其各自的模式品质因数Q双重增强：一个因子来自Purcell效应，另一个因子来自由速率方程导出的光子数。在综合所有这些效应之后，该理论可以提供ZnO MS PL谱中观察到的TE和TM模（包括高阶模）的精细特征的定量描述。令人惊讶的是，发现对于直径大于5 $μm$的ZnO MS，PL发射光谱由高阶模主导。这些发射机制的相互作用的定量理解应被证明是有用的优化基于微谐振器的发光器件的性能。
2019-08-27 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
Pronounced Purcell enhancement of spontaneous emission in CdTe/ZnTe quantum dots embedded in micropillar cavities
研究了CdTe/ZnTe量子点（QD）发光与微柱腔本征模在弱耦合区的耦合。分析了以MgSe/ZnTe/MgTe超晶格为低折射率材料的Bragg反射镜为基础的单片微柱腔中量子点的光致发光谱。柱发射显示出明显的腔本征模，其光谱形状与模拟结果吻合良好。量子点发射的谐振腔模式被证明是有效地引导朝向检测器和实验的Purcell增强的5.7倍，确定，确认理论预期。
2012-07-29 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spontaneous Emission in Nonlocal Materials
光与物质的相互作用可以被周围的环境显著地改变。在这里，我们报告的第一个实验观察分子自发发射内的高度非局部超材料的基础上的等离子体纳米棒组件。我们发现，发射过程不仅是由其局部有效介质色散的拓扑结构，但也由复合材料的非局部响应，使不同的几何参数，但相同的局部有效介质属性的超材料表现出不同的Purcell因子。一个创纪录的高增强的衰变率观察，在协议与开发的定量描述的Purcell效应在非本地介质。工程材料的非定域性为量子电动力学引入了额外的自由度，从而在量子信息处理、光化学、成像和传感中实现了新的应用。
2016-05-16 physics.optics
Molecule-by-molecule nanoresolved picosecond Purcell-enhanced emission at room-temperature in hollow plasmonic nanocone metamaterials
Institut Langevin, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS（朗之万研究所，巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心）；Department of Physics, University of Ottawa（渥太华大学物理系）；Department of Chemical Engineering, MESA+ Institute, University of Twente（特温特大学应用科学学院，MESA+纳米技术研究所）；Mesoscale Chemical Systems, MESA+ Institute, University of Twente（特温特大学MESA+纳米技术研究所介观化学系统组）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；University of Rochester, Institute of Optics（罗切斯特大学光学研究所）
本研究提出基于三维空心等离子体纳米晶格的新型材料平台，结合单分子超分辨成像与时间相关单光子计数技术，实现纳米级分辨的三维电磁场传感与光-物质相互作用精准调控，可用于室温单光子源调控及分子传感等量子应用。
2026-10-16 physics.optics quant-ph
Few-layer hyperbolic multilayer for spontaneous emission enhancement
由金属层和电介质层交替组成的多层双曲型超材料在增强自发发射方面有着重要的应用。与传统的选择至少几十层的多层结构来实现量子发射器的可调谐Purcell效应相比，我们的数值计算表明，具有较少层数和较薄层数的多层膜将优于Purcell效应。这些发现归因于反射系数虚部随层数增加的负贡献，以及较薄金属层上表面等离子体激元模式之间的耦合较强。这一工作为优化二维光子源的局域光态密度增强功能提供了理论依据和实践指导。
2020-10-14 physics.optics
Purcell factor enhanced scattering efficiency in optical microcavities
研究了硅纳米晶嵌入超高Q值环形微腔中的光学微腔散射过程。使用一种新的测量技术的基础上可观察到的模式分裂，我们表明，光散射是高度优先的：超过99.8%的散射光子通量被散射到原来的双简并腔模式。大的俘获效率归因于进入腔模的散射率增加，这是由于态的光密度超过自由空间值的增强，并且与自发发射中的Purcell效应具有相同的起源。实验确定的Purcell因子为883。
2005-05-18 physics.optics
Quasinormal modes and Purcell factors of coupled loss-gain resonators and index-modulated ring resonators near exceptional points
首先，我们提出了一个准正规模（QNM）理论的耦合损耗增益谐振器附近的例外点工作。假设线性介质，这可以完全量化使用的QNM的复极属性，我们展示了如何QNM产生一个定量良好的模型，以充分偶极子自发发射响应麦克斯韦方程组在各种空间位置和频率（线性响应）。我们还开发了一个高度准确和直观的QNM耦合模理论，它可以用来严格建模这样的系统，只使用裸谐振器的QNM，其中的混合QNM的完整系统自动获得。在一个有损耗的例外点附近，我们分析了QNM如何产生类似洛伦兹和类似洛伦兹平方的响应的自发发射线形，与其他作品一致。然而，使用严格的分析和数值解的微盘谐振器，我们表明，一般的线型是远远丰富的比以前预测的。事实上，自发发射的经典图像可以从耦合损耗-增益系统的混合模式中呈现出大范围的正和负珀塞尔因子。尽管负的局域态密度是正确的，但这些负的珀塞尔因子是非物理的，表明在这种介质中自发发射的经典偶极图被清楚地打破了。我们还展示了格林函数传播子丰富的谱特征，它可以用来模拟各种物理观测量。其次，我们提出了一个QNM方法来模型的折射率调制的环形谐振器工作在一个例外的点附近，并显示不寻常的手征功率流从线偏振发射器，在最近的实验，这是定量解释，而不调用一个失踪的尺寸（约旦矢量）的解释和腔本征模去耦。
2021-03-24 physics.optics
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
Modal Purcell factor in $\mathcal{PT}$-symmetric waveguides
利用推广到非厄米系统非正交本征模的互易性方法，研究了两耦合波导$\mathcal{PT}$对称环境中偶极辐射源的自发发射率.考虑到导模的发射，我们定义并计算了由独立和干扰非正交模的贡献组成的模态Purcell因子，导致Purcell因子中出现交叉模项。我们发现，在耦合模理论内的模式Purcell因子的封闭形式的表达式略有改变的非厄米耦合波导相比，厄米的情况下。甚至在本征模合并和彼得曼因子趋于无穷大的例外点附近也是如此。这一结果得到了充分证实的主动和被动的$\mathcal{PT}$对称系统的模式非正交性的后果的数值模拟。
2020-07-01 physics.optics
Demonstration of the enhanced Purcell factor in all-dielectric structures
珀塞尔效应通常被描述为在谐振器存在下自发衰减率的修改。在等离子体中，这种效应通常与由于表面等离子体的激发而在“热点”中的大的局部场增强相关联。然而，高折射率介电纳米结构，这成为全介质纳米光子学的基础，不能提供高值的局域场增强由于较大的辐射损耗。在这里，我们演示了如何实现一个强大的Purcell效应在全介电纳米结构，并从理论上表明，Purcell因子可以增加两个数量级的硅纳米颗粒的有限链。使用本征模分析的无限链，我们证明了高Purcell因子政权与范霍夫奇点。我们进行了微波频率的概念验证实验，并观察到在10个电介质颗粒的链中Purcell因子增强了65倍。
2016-06-01 physics.optics
Antenna model of the Purcell effect
珀塞尔效应--在谐振腔或其他谐振物体存在时对自发发射率的修改--是量子电动力学的基本效应。然而，由不同于自由空间的环境引起的发射率的变化具有经典对应。不仅量子发射器，而且任何调谐到谐振的小天线都是具有辐射损耗的振荡器，并且环境对其辐射的影响可以根据天线辐射电阻来理解和测量。我们提出了一个通用的方法，这是适用于测量的Purcell因子的无线电天线和量子发射器的这些因素的计算。我们的方法适用于计算和测量电和磁的Purcell因子，它是通用的，适用于各种频率范围。该方法是由一个一般的等效方案，并允许通过一个小天线在环境中的连续辐射的Purcell因子来表示。
2015-01-20 physics.optics
On the use of Purcell factors for plasmon antennas
Purcell因子是微腔中自发发射增强的标准品质因数，其也被提出来描述等离子体共振的发射增强。比较了单等离子体球和耦合等离子体球的品质因数、模体积和Purcell因子对发射率的精确计算。本文解释了为什么珀塞尔因子是不适合等离子体天线。
2010-07-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Classical Purcell factors and spontaneous emission decay rates in a linear gain medium
针对光子黄金定则在线性增益介质中失效的问题，提出经典光物质理论修正自发辐射率，给出两种可计算的修正Purcell因子及准简正模解析结果，并验证了与量子结果及数值模拟的一致性。
2024-01-29 physics.optics quant-ph
Dual bound states in the continuum in metamaterials
连续束缚态（BIC）是一个数学概念，具有无限的辐射品质因数（Q），只存在于理想的无限阵列中。它首先在量子力学中提出，并扩展到一般的波现象，如声波，水，弹性波和电磁波。在光子学中，实现高Q共振对于增强光-物质相互作用至关重要，这可以实现低阈值激光器，超灵敏传感器和光镊。在这里，我们展示了在亚波长平面超材料腔体中的连续体中的双束缚态，该超材料腔体揭示了由正交偏振激发的受保护特征。双BIC的光谱特性的实验验证在太赫兹域通过打破C2对称性，调用泄漏通道。辐射Q因子在一个离散的非对称恢复点趋于无穷大，并服从与结构非对称性的平方反比关系。超材料允许场限制在极小的模体积中，从而提高了腔中的自发发射速率，具有大得多的Purcell因子以及高Q因子。超材料中的防反射BIC还具有在不同波长下可扩展的独特优势，可用于传感，激光，开关和光谱滤波等潜在应用。
2019-01-16 physics.optics
All-optical Hall effect by the dynamic toroidal moment in a cavity-based metamaterial
动态偶极环响应演示了由双盘组成的光学等离子体超材料。这种具有局部电场集中热点的响应是表现良好的环形腔模式，由于其深亚波长模式体积而表现出大的Purcell因子。全光霍尔效应（光伏），由于这种光学环矩的数值模拟，在多铁性系统中的磁电效应。结果表明，一个有前途的途径来探索各种光学现象与这个有趣的动态环矩。
2013-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Different regimes of Purcell Effect in Disordered Photonic Crystals
我们证明了光子晶体中的无序可以导致光子带隙（PBG）对应的频率区域的自发发射率的显著修改。根据紊乱的程度，发生两种不同的珀塞尔效应。对于中度无序，由于边缘态性质的改变，在光子带隙的边缘出现了自发发射的增强。这种效应是最近观察到的光子带隙边缘光子晶体中的无镜激光的原因。当无序度增加时，由于高品质因数态的出现，光子带隙内的自发发射率增加。这种效应可能是负责的超线性依赖的排放量的泵在合成蛋白石中观察到。
2018-02-04 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall physics.optics
Characterizing critical exponents via Purcell effect
研究了相变对临界介质中量子发射体的自发发射率的影响。利用朗道-金兹伯格方法，我们发现，在对称性破缺阶段，由于希格斯机制产生的光子质量，发射率降低甚至被抑制。此外，我们表明，自发发射提出了一个显着的依赖于与一个给定的相变的临界指数，允许光学测定的普适性类。我们的研究结果不仅表明，珀塞尔效应构成了一个有效的光学探针的独特的临界现象，但他们也揭示了一个更普遍的相变和自发发射之间的连接存在，以前的实验和数值证据表明。
2017-04-13 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Purcell factors and Forster resonance energy transfer in proximity to helical structures
当发射体被放置在金属或晶体结构附近时，自发发射和共振能量转移都可以显著增强。这种增强可以使用电磁格林张量来描述，并且由结构的主导表面模式来确定。在这里，我们使用本征介电常数的形式主义，推导出自发发射和FRET率在准静态制度中的两个组成部分的介质与各向异性夹杂。然后，我们将我们的研究结果应用到螺旋结构，支持同步振动，并评估这些模式，这是与一个强大的和离域的响应的贡献。我们发现，这种贡献可以导致大的Purcell因子和长范围的FRET，它与螺旋螺距振荡。这些发现可能对理解和控制接近螺旋结构（如微管）的分子之间的相互作用有影响。
2022-06-17 physics.bio-ph physics.optics
Spontaneous emission and Purcell effect: some aspects
本综述梳理自发辐射与Purcell效应的理论发展，解析环境对辐射速率的影响机制，介绍多种人工调控策略及相关解析方法，为相关领域创新提供理论与实验参考。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Control of Förster energy transfer in vicinity of metallic surfaces and hyperbolic metamaterials
光学腔、等离子体结构、光子带晶体、界面，以及一般来说，具有均匀或空间不均匀介电常数的任何光子介质（包括超材料）都具有与真空中不同的光子态局部密度。已知这些修改的态密度环境控制自发发射的速率和角分布。在本研究中，我们提出的问题是否接近金属和超材料表面可以影响其他物理现象的基本和实际的重要性。我们发现，相同的基板和相同的非局部介电环境，提高自发发射，也抑制福斯特能量转移到一个薄的聚合物薄膜掺杂的供体和受体分子之间。这一发现与以下事实相关：在电介质中，自发发射的速率与折射率n成正比，而施主-受主能量转移的速率（在受主随机分布的固溶体中）与n^-1.5成正比。这种启发式的对应关系表明，在常规电介质中依赖于n的其他经典和量子现象也可以用定制的超材料、等离子体结构和空腔来控制。
2015-04-16 physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Resonator-Antenna Scheme for Large, Broadband Emission Enhancement and Single Photon Collection
我们模拟了耦合到平面双曲超材料HMM谐振器的碳化硅纳米晶体中色心单光子发射的宽带增强。该设计基于将单光子发射器定位在HMM谐振器内，该谐振器由与碳化硅材料匹配的介电指数制成。宽带响应是由高折射率隐马尔可夫模型腔中损耗法布里-珀罗结构模式的连续共振峰引起的。为了捕获单光子发射体自发发射中的这种宽带增强，我们在HMM谐振器的顶部放置了一个简单的基于金的圆柱形天线。我们分析了这种隐马尔可夫耦合天线结构的性能方面的Purcell增强，量子效率，收集效率和整体收集光子率。对于相对于界面的垂直偶极取向，HMM耦合天线谐振器导致显著大的自发发射增强，具有250量级的Purcell因子以及非常高的平均总收集光子率，在700 nm至1000 nm的宽发射光谱上约为30的CPR。峰值CPR在900 nm处增加到约80，对应于碳化硅量子发射体的发射。考虑到先前的计算设计已经报道了在600 nm至800 nm的氮-空位中心发射光谱上的最大平均CPR为25，在650 nm处的最高值为约40，这是现有技术的改进。
2018-05-24 physics.optics quant-ph
Anomalous Spontaneous Emission Enhancement by Non-Hermitian Momentum-Space Bound States in the Continuum
College of Physics, Sichuan University（四川大学物理学院）
非厄米特动量空间连续体束缚态在低Q条件下实现异常自发辐射增强，挑战传统高Q范式，提供鲁棒且明亮的纳米光子应用新范式。
2025-10-05 physics.optics
Effective spontaneous PT-symmetry breaking in hybridized metamaterials
我们表明，超材料可以作为一个试验场，研究与非厄米量子系统相关的自发对称性破缺。通过探索近场偶极耦合和材料吸收或增益之间的相互作用，我们证明了各种自发破缺过程的$\mathcal{PT}$对称性的一系列有效的哈密顿相关的散射矩阵。通过调节耦合参数，利用超薄超材料可以获得相干完全吸收、激光作用和增益诱导完全反射（$π$反射器）。此外，理想的$\mathcal{PT}$ -对称性可以有效地建立在无源系统中，通过探索使用超材料的散射和吸收损耗之间的平衡。
2013-03-15 cond-mat.mes-hall physics.class-ph physics.optics
Purcell enhanced electroluminescence of a unipolar light emitting quantum device at 10 micron
Laboratoire de Physique de l’École normale supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université Paris Cité（巴黎高等师范学院物理实验室，ENS，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎西岱大学）；III-V Labs, a joint lab between Thales, Nokia and CEA（III-V 实验室，泰雷兹、诺基亚和CEA的联合实验室）；Laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques, Université Paris Cité（材料与量子现象实验室，巴黎西岱大学）；Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, CNRS（纳米科学与工程中心，巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心）
通过设计超材料微腔，实现 10 微米处单极光 emitting 量子器件的 Purcell 增强电发光，提升收集功率 100 倍。
2026-01-21 physics.optics quant-ph
Spontaneous Photoemission From Metamaterial Junction: A Conjecture
利用量子场论研究了正常材料-超材料结中自发光子对辐射的可能性。我们考虑一对光子所产生的真空波动的电磁场接近交界处，其中一个光子分别来自正常和超材料部门。正、负模光子的混合可以产生自发光辐射，并计算了其速率。
2013-07-29 cond-mat.mtrl-sci gr-qc hep-th
Bright and Purcell-enhanced single photon emission from a silicon G center
本文通过将硅G中心耦合至纳米光子腔实现Purcell增强，将自发辐射率提升6倍（Purcell因子>31），创下硅中0.97 ns的最快单光子发射率，发射体亮度提升一个数量级，为可扩展硅量子光源奠定基础。
2025-05-01 physics.optics quant-ph
Controlling spontaneous emission of a two-level atom by hyperbolic metamaterials
在量子光学的框架下，我们分析了介电常数张量不定的介质中二能级原子的自发发射特性，其中色散关系的几何形状为椭球或双曲面（双曲介质）。衰减率明确给出了考虑偶极跃迁矩阵元素的方向。结果表明，对于椭球体情况，通过改变矩阵元的方向可以调节耦合到不同模式的光子的强度;对于双曲面情况，发现双曲面介质中的自发发射与介质背景相比可以显著增强。另外，自发发射具有很强的方向性，在渐近线方向上最大。
2012-03-03 physics.optics quant-ph
Optical Tellegen metamaterial with spontaneous magnetization
提出一种基于双材料纳米圆柱体的的三维超材料，利用自发磁化在可见光范围内实现各向同性且共振的 Tellegen 响应，借助磁 Weyl 半金属实现比自然材料高近四个数量级的体效应磁电效应。
2023-07-18 physics.app-ph physics.optics
Enhanced and directional single photon emission in hyperbolic metamaterials
我们提出了一种方法来增强和引导的自发发射从孤立的发射器嵌入双曲型超材料到单光子束。该方法依赖于双曲型超材料的集体等离子体布洛赫模式，该模式在称为量子共振锥的高度定向光束中传播。我们提出了一个泵浦方案，使用双曲型超材料的透明窗口，发生在拓扑转变附近。最后，我们解决的挑战，这些宽带谐振锥外耦合到真空中使用的介质靶心光栅。我们给出了一个详细的分析淬火和设计的超材料有一个巨大的Purcell因子在一个宽的带宽，尽管在金属的损失。我们的工作应该有助于激发实验中的宽带发射器，如氮空位中心的单光子源的发展。
2013-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhanced spontaneous emission in photonic hypercrystals
我们展示了一个二维光子超晶体，它表现出增强的自发发射从其超材料组件和光提取通过其光子晶体属性。自发衰减率提高了19.5倍，从HMM的光提取提高了约100倍。
2015-06-03 physics.optics
Hyperbolic Metamaterial Nano-Resonators Make Poor Single Photon Sources
本文利用准正规模方法研究了双曲型超材料纳米谐振器耦合量子偶极子辐射源的光学性质。我们表明，耦合到超材料纳米谐振器可以导致显着的Purcell增强，这是近一个数量级大于等离子体共振器具有可比的几何形状。然而，相关联的单光子输出$β$ -因子极低（大约10 $\%$），远小于可比尺寸的金属谐振器的那些（70 $\%$）。使用准正规模式展开的光子格林函数，我们描述了如何低的$β$ -因素是由于增加欧姆淬灭所产生的红移共振，较大的品质因数，和较强的限制光内的金属。与目前的智慧相反，这些结果表明双曲超材料纳米结构对于单光子源来说是糟糕的选择。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spontaneous emission dynamics of $Eu^{ 3+}$ ions coupled to hyperbolic metamaterials
具有可调电磁特性的亚波长纳米结构系统，如双曲型超材料（HAMTS），为定制自发发射过程提供了一个有用的平台。在这里，我们研究了一个系统，包括$Eu^{ 3+}(NO_{3})_{3}6H_{2}O$纳米晶体上的HMM结构，其特征在于在多孔$Al_{2}O_{3}$矩阵的Ag-纳米线的六边形阵列。HMM偶联的$Eu^{ 3+}$离子表现出高达2.4倍的衰减速率的增加，伴随着$^{ 5}D_{0}\rightarrow$ $^{ 7}F_{2}$跃迁的发射速率的增强。使用时域有限差分建模，我们证实了这些观察与所看到的$Eu^{ 3+}$离子在HMM附近的光子态密度的增加。我们的研究结果表明，阻碍可以作为一个有价值的工具，以控制从弱跃迁的发射，因此暗示在纳米光电子学和量子器件的稀土离子的更实际的应用路线。
2021-01-10 cond-mat.mes-hall physics.optics
Electrically Tunable Excitonic-Hyperbolicity in Chirality-Pure Carbon Nanotubes
本文利用手性纯半导体碳纳米管取向薄膜实现室温电可调激子双曲超材料，验证色散窗口、传播角、Purcell因子及自发辐射调制。
2025-09-29 physics.optics
Topological transition in a nanowire medium and its radiative implication
我们揭示和研究了由平行极化激元材料纳米线构成的超材料中的拓扑转变。当色散从椭圆（ε-正）过渡到双曲线（ε-不定）状态时，出现了一个非常特定的等离子体表面，这意味着尽管有明显的光学损耗，但仍有非凡的Purcell因子。
2015-03-18 cond-mat.mes-hall physics.optics
Topological Transitions in Metamaterials
数学拓扑学的思想在现代物理学的许多方面发挥着重要作用--从相变到场论再到非线性动力学（Nakahara M（2003），《几何、拓扑和物理学》，Brewer DF编（IOP Publishing Ltd，布里斯托尔和费城），Monastryskiy M（1987），《Riemann Topology and Physics》，（Birkhauser Verlag AG））。这方面的一个重要例子是Lifshitz过渡（Lifshitz IM（1960）高压区金属电子特性的异常，Sov Phys JETP 11：1130-1135），金属的费米面从封闭几何到开放几何的转变（由于例如外部压力）导致对电子磁输运的显著影响（Kosevich AM（2004）Topology and solid-state physics. Low Temp Phys 30：97-118）。在这里，我们提出了强各向异性超材料中的Lifshitz转变的光学等效。当这种复合材料的介电常数张量的一个分量改变符号时，相应的等频表面从椭球体变换为双曲面。由于光子态密度可以与由等频表面包围的体积相关，因此超材料中的这种拓扑转变导致光子态密度的急剧变化，从而对与超材料相关的每一个物理参数产生影响-从热力学量（例如其平衡电磁能）到对量子的非线性光学响应，电动效应，例如自发发射。在本文中，我们演示了从放置在超材料表面附近的量子…
2011-09-27 physics.optics
Controlling electric and magnetic Purcell effects in phosphorene via strain engineering
本文研究单轴应变对磷烯衬底附近量子发射体自发辐射的调控，发现电与磁 Purcell 效应可从近完全抑制到增强超 1300%，并可用应变定制衰变路径。
2023-07-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Control of spontaneous emission dynamics in microcavities with chiral exceptional surfaces
我们研究了位于具有手征例外点的微谐振腔模体积内的量子发射体的自发发射。我们表明，这种配置提供了足够的自由度，表现出完全的控制，无论是增强或抑制的排放过程。特别是，我们证明，珀塞尔因子可以增强的两倍，超出其值在一个相同的microbial在一个恶魔点操作。我们的结论，这是来自使用非厄米哈密顿形式主义，证实了采用全波模拟现实的光子结构和材料。我们的研究结果提供了一个简单的路线，以提高单光子源的性能，使用当前的光子学技术，而不需要建立光学谐振腔的品质因数或纳米级的体积。
2021-03-06 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
Computation and optimization of the Purcell factor of an open tunable Fabry-Perot microcavity
原子的自发发射可以通过把它们放在两个形成光学腔的镜子之间来控制。在过去的10年中，材料加工技术的快速发展使得制造可以被精细地调谐到与发射器共振的微观光学腔成为可能。这使得单光子源、纳米激光器和新纳米发射体（如半导体量子点和金刚石中的氮空位中心）的光谱学方面取得了进展。在这里，我们介绍了一个逐步的方法来计算最新一代的开放式可调谐法布里-珀罗微腔用于微光致发光研究的Purcell因子。我们讨论了如何可以优化作为腔的几何形状的函数的Purcell因子，并找到与发射器的共振的条件。微妙之处，如发射器的光学特性和穿透深度的电场到腔镜也被认为是。
2022-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Observation of large spontaneous emission rate enhancement of quantum dots in a broken-symmetry slow-light waveguide
本文展示了一种内嵌量子点的纳米光子波导平台，利用慢光效应实现了创纪录的17 ns^-1辐射衰减率（20倍Purcell增强）及5倍手性耦合Purcell增强，为可扩展片上自旋光子学提供了广阔前景。
2022-08-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
