Bound states in the continuum in subwavelength emitter arrays
具有亚波长周期性的发射体的有序晶格支持由集体效应产生的非常规形式的光-物质相互作用。在这里，我们提出了实现和控制的辐射连续内的二维晶格亚辐射光学状态。我们展示了如何在连续（BIC），这是完全解耦的辐射状态出现在非布拉维晶格的发射器的束缚态。对称性破缺导致了准BIC的寿命大大延长，可以用于量子信息存储。广义有效极化率张量的解析推导使我们能够研究这些阵列的光学响应。我们讨论如何感谢准BIC，丰富的现象发生在反射率光谱，与非对称的法诺共振和电磁感应透明窗口。最后，我们利用这些晶格作为量子超颖表面作为有效的光偏振器。
2023-02-27 cond-mat.quant-gas physics.optics quant-ph
Stimulated Forward Brillouin Scattering in Subwavelength Silicon Membranes
National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）
本研究针对硅纳米光子波导中光机模式强交叠与紧限制的难题，提出结合两种周期晶格的双晶格策略，实现了超高布里渊增益，为片上光机相互作用调控提供了新途径。
2025-07-23 physics.optics
A deterministic approach for integrating an emitter in a nanocavity with subwavelength light confinement
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本文提出一种新型光-物质界面，将纳米级埋藏异质结构发射体整合到介电弓形腔中，实现光学热点与电子波函数的共定位，通过深亚波长限制实现强光-物质相互作用，为固态纳米光子学中的确定性强耦合提供了可行路径。
2025-12-22 physics.optics quant-ph
Collective emission of subwavelengths atom-like emitter arrays in the presence of inhomogeneous broadening
Racah Institute of Physics, Hebrew University of Jerusalem（希伯来大学拉卡物理研究所）
实验证明，即使非均匀展宽超过自然线宽两个数量级，金刚石中硅空位中心的亚波长阵列仍能观察到集体发射效应，理论分析解释了非均匀性下集体效应得以保持的机制。
2026-06-05 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Unidirectional coupling of a quantum emitter to a subwavelength grating waveguide with engineered stationary inflection point
在这项工作中，我们提出了一种波导结构的设计方法，该波导结构允许具有圆偏振跃迁偶极矩的量子源与结构的导模的高效和高度非对称耦合。该方法是基于混合的两个准简并模式的周期性波导与辅助单模波导导致形成的色散与一个固定的拐点，因此，该模式与偶极源的高耦合效率。我们表明，波导内的场偏振的分布是相对均匀的，保持在一个大面积的圆偏振。因此，这导致耦合不对称性和强度对量子发射器的位置的高度容限。我们相信，我们的研究结果将扩展基于平面半导体纳米结构的高效手性纳米光子界面的设计。
2021-08-17 physics.optics
Graphene coated subwavelength wires: A theoretical investigation of emission and radiation properties
本工作分析了嵌入在石墨烯涂层亚波长线中的单个光发射器的发射和辐射特性。我们讨论的修改的自发发射率和辐射效率作为一个功能的偶极子内的电线的位置和方向。我们的研究结果表明，当发射频率与石墨烯涂层导线的共振频率之一时，这些量可以增强几个数量级。特别是，高阶等离子体共振激发时，发射器从线中心移动。示出了通过改变偶极子在近场分布和远场强度中的取向的修改。
2017-06-18 physics.optics
Collective-State Preparation in a Subwavelength Triangular Trimer Using SUPER Excitation
Institut für Theoretische Physik, Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学理论物理研究所）
研究利用SUPER激发在亚波长三角形三聚体中制备集体态，通过定制超短脉冲数值研究集体目标态选择性制备，发现态选择性和制备效率与发射体间距有关，该技术对位置缺陷和频率不均匀性有鲁棒性，为相关领域提供探测途径。
2026-09-28 physics.optics quant-ph
Enhancement of the spontaneous emission in subwavelength quasi-two-dimensional waveguides and resonators
本文考虑了二维发射体（如量子阱或二维半导体）在准二维波导或腔中的自发发射的量子电动力学问题。我们应用海森堡-朗之万方法，其中包括耗散和波动的电子系综和电磁场的腔在平等的基础上。我们引入的朗之万噪声算子不依赖于任何特定的耗散库模型，可以应用于任何耗散机制。此外，我们的方法是适用于非平衡电子系统，例如，在泵的存在下，超出了标准的波动耗散定理的适用性。我们推导出简单的，但实际上重要的几何形状：带状线和矩形腔的解析结果。我们的研究结果表明，一个显着的增强自发发射，通过一个100倍或更高的顺序，是可能的量子阱和其他二维发射器在亚波长腔。
2018-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP) as a Route to Achieving Optical Control in Plasmonics
采用自洽模型研究了三能级量子辐射体与等离子体系统耦合的光学性质。结果表明，受激拉曼绝热通过（STIRAP）技术可以成功地用于控制具有集体效应的杂化材料的光学性质，并在光-物质相互作用中发挥重要作用。我们考虑了一个核-壳纳米线组成的银核和耦合量子发射器的外壳，并利用STIRAP计划来控制这种系统的散射效率在频率和空间依赖的方式。在STIRAP诱导的粒子数向终态的转移发生后，核壳纳米线表现出两组Rabi分裂，Fano线型表明在等离子体近场驱动下两种不同原子跃迁之间存在强相互作用.
2012-08-24 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Quantum-Optically Resolving the Number of Colloidal Quantum Dots in a Subwavelength Volume
College of Integrated Circuits, Zhejiang University（浙江大学集成电路学院）
本研究提出了一种量子光学方法，用于非侵入性计数亚波长体积内胶体量子点的数量，并研究集体光-物质相互作用。
2026-02-26 physics.optics quant-ph
Laser-stimulated Synthesis of Large Nanostructured Fractal Silver Aggregates
研究了激光诱导合成由数百至数千个纳米粒子组成的大银纳米聚集体。结果表明，合成的纳米结构的形态可以控制与光和监测通过胶体吸收光谱的演变。的解决方案的方法证明，能够生产大量的金属纳米聚集体，这是至关重要的亚波长的浓度和显着增强的电磁感应过程在纳米尺度。
2005-10-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Spontaneous emission in plasmonic graphene subwavelength wires of arbitrary sections
我们提出了一个理论研究的自发发射的线偶极子源嵌入在一个石墨烯涂层的亚波长线的任意形状。利用基于格林第二恒等式的严格电磁法计算了辐射修正和辐射效率。当发射频率与线的等离子体共振频率之一一致时，观察到这些效率的增强。偶极子发射器的位置和偶极矩方向的相关性进行了评价。我们提出了计算的近场分布为不同的频率，揭示了多极秩序的等离子体共振。
2017-11-12 physics.optics
Spectrally stable thermal emitters enabled by material-based high-impedance surfaces
具有亚波长金属体的辐射热工程是热和能量管理应用、通信和传感的关键要素。在这里，我们用数值和实验证明金属热发射器与窄带，但非常稳定的发射光谱，其谐振频率不转移的纳米膜厚度的变化，观察和/或偏振的角度。我们的器件基于ε近零（ENZ）衬底，用作基于材料的高阻抗衬底。它们不需要复杂的纳米纤维工艺，因此与大面积和低成本应用兼容。
2022-09-01 physics.optics
Stimulated Brillouin scattering from surface acoustic waves in sub-wavelength photonic microwires
光纤中的布里渊散射是光与声之间的基本相互作用，具有从光学传感器到慢光和快光的重要意义。在通常的光纤中，光既激发又感受剪切和纵向体弹性波，从而产生前向引导声波布里渊散射和后向受激布里渊散射。在一个亚波长直径的光纤，情况发生了巨大的变化，因为我们在这里报告的第一个实验观察受激布里渊散射表面声波。这些瑞利型超声波以3400 m.s $^{\mathrm{-1}}$的比速度在导线表面传播，并以约6 GHz的多普勒频移反向散射光。由于这些声共振对表面缺陷或特征高度敏感，因此表面声波布里渊散射为各种传感应用开辟了新的机会，但也在其他领域，如微波光子学和非线性等离子体。
2014-01-10 physics.optics
Imaging light scattered by a subwavelength nanofiber, from near field to far field
本文利用荧光扫描探针直接实验研究了悬浮锥形光学透镜周围的光场分布。使用100 nm直径的荧光珠作为场强探针，我们研究了由散射平面波（568 nm波长）的光（400 nm直径）的干扰。我们的扫描荧光近场显微镜映射的光场超过36 $μ$ m $^2$，与$λ/ 5$分辨率，从接触到几微米的表面的生物样品。通过实验与Mie散射理论的比较，我们可以精确地确定发射极-散射极距离和实验漂移。
2018-11-22 physics.optics
Radiative Emission Enhancement Using Nano-antennas Made of Hyperbolic Metamaterial Resonators
分析了双曲型超材料谐振器作为纳米天线用于增强其附近量子发射体的辐射发射。已经表明，由于非常大的态密度，双曲超材料衬底附近的发射器的自发发射率显著增强。然而，增强耦合到自由空间，这是中央的应用，如固态照明，还没有得到显着的研究。在这里，我们用数值方法证明了在660 nm波长处的自由空间辐射发射的大约100倍的增强，通过利用圆柱形HM谐振器，其半径为54 nm，高度为80 nm，在不透明的银包覆衬底的顶部上。我们还展示了如何自由空间辐射增强因子取决于偶极子的方向和发射器附近的亚波长谐振器的位置。此外，我们还计算了亚波长间距的HM谐振器阵列可以保持单个谐振器的大部分增强效果。
2014-08-14 physics.optics
Selective Preparation of Collective States in Coupled Quantum Emitters Using the SUPER Excitation Scheme
Universität Innsbruck（因斯布鲁克大学）
本文研究了利用SUPER方案在深亚波长距离下确定性制备双量子发射体超辐射和亚辐射态的集体本征态，实现了近单位反转，并讨论了其在固态发射体和分子中的实验实现。
2025-08-27 physics.optics quant-ph
A Single-Emitter Gain Medium for Bright Coherent Radiation from a Plasmonic Nanoresonator
我们从理论上证明了相干纳米等离子体激元的产生和辐射由一个单一的三能级量子发射器上的等离子体激元纳米谐振器。通过泵浦拉曼配置中的三能级发射器，我们展示了一种途径，以实现宏观积累的纳米等离子体由于受激发射的纳米谐振器，尽管他们的快速弛豫。由于纳米谐振器的天线效应，该系统作为一个高效和明亮的纳米相干光源，具有数百太赫兹的光子发射率，可以在室温下以脉冲模式用固态发射器实现。我们提供的结果的物理解释，并讨论其实现和超紧凑的光电子集成的影响。
2017-11-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Gain-dependent Purcell enhancement, breakdown of Einstein's relations and superradiance in nanolasers
单模纳米激光器中的光发射器与相同的腔场相互作用，这引起转换腔模式的偏振相关性。通常这些相关性被忽略，然而，集体现象可以导致不同的子辐射和超辐射，其完全量子描述是具有挑战性的。在这里，我们开发了一个简单而严格的图片，占偏振相关性的单模纳米激光器的辐射跃迁。我们发现，发射体的集体行为修改光子态密度导致增益依赖的Purcell增强的自发发射。此外，受激发射率依赖于光子数和激光线形。随着激光线变窄，受激发射变得比爱因斯坦关系式预测的更强，纳米激光更早地达到阈值。最后，我们提供了简洁，现成的表达式，自发和受激发射率无缝描述传统和超辐射纳米激光器。
2022-02-04 physics.optics
Efficient excitation transfer in an LH2-inspired nanoscale stacked ring geometry
Universitat de Barcelona（巴塞罗那大学）
受生物LH2复合物寡聚几何结构启发，研究人员提出由二能级原子构成的400 nm直径3D亚波长同心堆叠环结构，通过量子光学开放系统主方程方法证明其可实现层间高效激发转移，为仿生光-物质平台设计提供前景。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Low-threshold stimulated emission using colloidal quantum wells
半导体纳米晶体可以使用廉价的、可扩展的、基于溶液的技术来合成，并且它们作为可调谐光发射器的实用性已经在各种应用中得到证明，包括生物标记和发光器件。相比之下，胶体纳米晶体用于光放大和激光发射受到所需的高输入功率密度的限制。在这项工作中，我们表明，胶体纳米片（NPL）产生放大的自发发射（ASE）与泵注量阈值低6 μ J/cm 2和增益高达600 cm-1，都比胶体纳米晶体的最佳报道值的4倍改善;此外，增益饱和发生在泵注量两个数量级高于ASE阈值。我们将这种特殊的性能归因于大的光学截面，缓慢的俄歇复合速率，以及NPL系综的窄发射线宽。NPL将量子阱作为光学增益介质的优势带到了胶体系统中，为生产高效的溶液处理激光器提供了可能性。
2013-12-11 cond-mat.mes-hall 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
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
Developing a time-domain method for simulating statistical behaviour of many-emitter systems in the presence of electromagnetic field
在本文中，传统的数值方法的主要缺点之一是缓解引入分子跃迁的概率性质到经典计算电动力学的框架。主要目的是开发一种数值方法，该方法能够捕获由一组自发辐射源和受激辐射源与周围电磁场之间的相互作用引起的统计属性。电磁场由经典麦克斯韦方程控制，而能量根据发射器发生的跃迁从（周围）场吸收和发射到（周围）场，这由时间相关的概率函数控制。这些概率基本上与量子力学相一致。为了验证所提出的方法，它被施加到三个不同的测试情况下，方向性的荧光发射在一个波纹状的单孔金纳米盘，空间和时间的相干性的荧光发射的混合光子等离子体晶体，和受激发射的核-壳SPASER。结果表明是密切可比的文献中报道的实验结果。
2020-01-22 physics.class-ph physics.comp-ph physics.optics
Stimulated emission does not radiate in a pure dipole pattern
本研究通过非共线探测配置实验，发现受激发射并非以纯偶极模式辐射，澄清了其辐射特性的关键问题，为显微镜设计、光学冷却等应用提供了依据。
2024-03-06 physics.app-ph physics.optics
Asymmetric parametric generation of images with nonlinear dielectric metasurfaces
组装到超颖表面中的亚波长介质谐振器已经成为接近纳米级的光学元件的多功能工具。一类重要的超颖表面功能与光的产生和传输中相对于发射器和接收器的位置的反转的不对称性相关联。超颖表面中的非线性光-物质相互作用为光的非对称控制提供了一条有前途的途径。在这里，我们展示了非线性超颖表面中光的非对称参数产生。我们将不同的非线性介质谐振器组装成半透明的超表面，这些超表面在可见光谱范围内产生图像，并被红外辐射照射。通过设计，对于相反的照射方向，即当红外发射器和可见光接收器的位置交换时，超表面产生不同的且完全独立的图像。通过亚波长谐振器实现的光的非线性非对称控制通过将大量非线性谐振器密集集成到紧凑的超表面设计中为新型纳米光子组件铺平了道路。
2022-12-21 physics.optics
Deep-Subwavelength Spatial Characterization of Angular Emission from Single-Crystal Au Plasmonic Ridge Nanoantennas
我们使用空间和角度分辨阴极发光成像光谱研究，深亚波长分辨率，单等离子体脊天线的长度范围从100到2000 nm的辐射机制。我们测量天线的驻波共振到第五阶，并测量强烈限制的引导等离子体激元模式的色散。通过用2D CCD相机直接检测发射的天线辐射，我们能够测量与每个单独的天线谐振相关联的角发射模式。我们证明，最短的脊可以被建模为一个单点偶极子发射器面向向上（m=0）或在平面（m=1）。较长天线（m>2）的远场发射图案通过在端面处的两个干涉的面内点偶极子很好地描述，从而产生角条纹图案，其中条纹的数量随着天线变长而增加。利用阴极发光技术的深亚波长激发分辨率，我们能够确定作为激发位置的函数的天线辐射图。通过将辐射偶极子的相位包括到我们的简单偶极子模型中，我们完全再现了这种效应。这项工作演示了如何角分辨阴极发光光谱可以用来完全确定亚波长脊天线的发射特性，最终可以用于更复杂和有效的天线结构的设计。
2013-01-17 physics.optics
Gain measurement and low-threshold laser operation in non-doped thin films made of a small-molecule organic red-emitter
在高染料浓度下，小分子有机膜中的受激发射通常受到荧光猝灭的阻碍，特别是在光谱的红色区域。在这里，我们证明了在热蒸发的4-二（4 '-叔丁基联苯-4-基）氨基-4'-二氰基乙烯基苯的非掺杂薄膜中在640 nm附近实现了高净增益（高达50 cm-1），这使得这种材料适用于绿光泵浦的单模有机激光器，具有低阈值和优异的稳定性。在DBR谐振腔结构中，以及在高泵浦强度下的随机激射形式下，激光效应得到了证实。
2009-07-15 physics.optics
Light emission in nanogaps: overcoming quenching
对于与微小等离子体共振耦合的量子发射器，获得了非常大的自发发射率增强（~1000），特别是当发射器被放置在由几乎接触的金属纳米颗粒形成的纳米间隙的口中时。在亚波长尺度下的光发射的这种基本效应被很好地记录和理解为是由纳米间隙模式的小引起的。相比之下，要弄清楚这些间隙中的辐射效率是否很高，或者发射是否被金属吸收淬灭，特别是对于几纳米宽的微小间隙，就不那么明显了;整个文献只包含关于这个问题的散射电磁计算，这表明尽管发射体接近金属，吸收和淬灭可以保持在一个小的水平。因此，通过在小间隙厚度的限制下的分析推导，我们的目标是澄清为什么纳米间隙天线中的量子发射器提供良好的效率，获得高效率的情况是什么，以及是否存在可实现的最大效率的上限。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spatial Coherence of Light in Collective Spontaneous Emission
该研究发现含11,000个辐射原子的光学薄系综可不经粒子数反转和受激辐射，而依靠Dicke超辐射与亚辐射的集体耦合自发产生空间相干光。
2021-12-14 physics.optics quant-ph
Metal nanoparticle plasmons operating within quantum lifetime
我们研究了当金属纳米颗粒与量子发射体（例如量子点、分子）强耦合时，金属纳米颗粒上的等离子体激元振荡的动力学。我们模拟了一个简单模型：耦合经典-量子振子系统的密度矩阵演化。我们发现，等离子体激元振荡的寿命可以增加几个数量级，高达量子发射体的衰变时间。这种效应本身表现为spaser（通过辐射的受激发射的表面等离子体放大）实验中等离子体发射带的变窄[{ \it Nature}，{ \bf 2009}，460，1110]，其中金纳米颗粒与周围分子相互作用。等离子体激元激发寿命的增加使得受激发射能够克服自发发射。这种增强是由于出现了类似于电磁感应透明（EIT）的现象。这种效应可以在纳米物理学的许多领域中找到应用，例如在等离子体激元的量子信息和提高太阳能电池效率中。
2013-06-20 physics.optics
Strong light-matter coupling in the presence of lasing
强光-物质耦合的区域通常与弱激发相关联。随着目前实现的腔QED系统，强耦合可能会持续，即使在升高的激发水平足以跨越阈值激光。在存在受激发射的情况下，发射光谱中的真空-拉比双重峰被修正，已建立的强耦合判据不再适用。我们给出了强耦合的一般判据和相应的发射光谱，其中包括较高的Jaynes-Cummings态的影响。作为驱动耗散Jaynes-Cummings模型的一种特殊实现，在少发射极量子点微柱激光器的理论和实验比较中证明了该方法的适用性。此外，我们解决的问题，如果和参数真正的单发射激光可以实现，并提供证据的强耦合和激光在我们的系统中存在的背景发射贡献的共存。
2017-05-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Plasmonic nanoprobes for stimulated emission depletion microscopy
等离子体纳米粒子由于局部增强了照明辐射和光子态密度而影响附近发射体的吸收和发射过程。在这里，我们使用金属纳米粒子的等离子体共振，以提高超分辨显微镜激发分子的受激损耗。我们证明了受激发射耗尽（STED）显微镜与金纳米棒的长轴只有26 nm和8 nm的宽度，提供了一个增强的分辨率相比，荧光只有探针没有等离子体成分照射相同的耗尽功率。这些新的纳米粒子辅助STED探针代表了一个约2x10^3减少探针体积相比，以前使用的纳米粒子，我们证明了它们的应用程序的第一等离子体辅助STED细胞成像。我们也讨论了它们目前的局限性。
2016-10-05 physics.chem-ph physics.optics
Robust Single-Photon Generation for Quantum Information Enabled by Stimulated Adiabatic Rapid Passage
本文提出一种结合绝热快速遍历与受激双光子激发的鲁棒方案，利用半导体量子点三能级系统相干产生极低光子数相干性的不可分辨单光子态，在保持发射光态顶级量子光学质量的同时推进量子密码协议实现。
2024-09-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cavity Optofluidics: Raman Laser Made of a Fiber Coupled nano-Liter Droplet
我们用μ液滴制作了一个光纤耦合超高Q谐振腔，并在实验上测量了受激喇曼辐射，其阈值为160μW。我们观察到的拉曼激光线，同意其相关的计算分子振动，以及与对照组的实验，使用拉曼光谱仪。然而，不像光谱仪，其中发射是自发的和较少的方向性，我们的液滴发射器是受激的，单模光纤耦合，共振增强与Q为2.5亿，局限于一个23 μ m3的模式体积，并具有7个数量级更高的功率。
2017-11-17 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
Spasers, VCSELs, and Surface plasmon emitting diodes (SPED): their unique features and figures of merit
我们比较了拟议的电泵浦亚波长等离子体激光器（spasers）与无处不在的全介质半导体微激光器（VCSEL）的基本特性，并指出它们的相似之处以及性能（阈值，效率，相干性和速度）的巨大差异。这些结果应有助于研究人员在每个特定的光电应用的发射器作出明智的选择。
2013-09-07 physics.optics
Integrated and Spectrally Selective Thermal Emitters Enabled by Layered Metamaterials
亚波长尺度的光-物质相互作用的纳米光子工程允许与传统热发射器根本不同的热辐射，并为各种热光子应用提供了令人兴奋的机会。我们提出了一种新的集成和电控热发射器，利用分层超材料与光刻免费和介电/金属纳米层。我们从理论上和实验上证明，所提出的概念可以创建一个强大的光子带隙在可见光区，并允许在红外波长小的阻抗失配，这引起了显着增强的发射率在宽红外波长的1.4-14微米的光学功能，以及有效地抑制在可见光区的发射率。电驱动超材料器件在高达~800 K的温度下具有光学和热稳定性，电光转换效率达到~ 30%。我们相信，所提出的高效热发射器将为各种热光子应用的集成红外线源平台铺平道路，特别是为成本效益高、紧凑、低眩光和节能的红外加热提供了一种新的替代方案。
2020-08-28 physics.app-ph physics.optics
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
Nonuniversal intensity correlations in 2D Anderson localizing random medium
复杂的介电介质通常看起来不透明，因为穿过它们的光被多次散射。虽然光散射是一个随机过程，但通过介质的不同路径可以是关于介质的相关编码信息。在这里，我们提出了光谱测量的非普适强度相关性时出现的嵌入量子发射器内部的无序光子晶体，发现安德森本地化的光。发射器原位探测介质的微观细节，并将这种近场特性印在远场相关性上。我们的发现为量子电动力学和能量收集提供了增强光-物质相互作用的新方法，并可能在生物光子学的亚波长扩散波光谱学中找到应用。
2012-06-15 physics.optics
Enhanced nonlinear frequency conversion and Purcell enhancement at exceptional points
我们推导出量化的解析公式从亚波长发射器嵌入三重共振非线性$χ^{(2)}$腔支持例外点（EP）的暗模和漏模。我们表明，在这样一个系统中的上转换辐射率可以大大提高-高达两个数量级-相比，典型的Purcell因子实现在非退化腔，单色和宽带发射器。我们通过研究反向设计的2D光子晶体板来提供概念验证演示，该光子晶体板支持在发射频率下由狄拉克锥形成的EP和在二次谐波频率下的相位匹配的漏模共振。
2017-06-03 physics.optics
On-Chip Spin-Orbit Controlled Excitation of Quantum Emitters Coupled to Hybrid Plasmonic Nanocircuits
复杂光子功能的片上实现对于平面集成纳米光子学的进一步发展至关重要，特别是当涉及量子发射器（QE）等非经典光源时。与QE集成的混合等离子体纳米电路由于显着提高QE发射速率和简化量子纳米光子组件的前景而引起了相当大的关注。亚波长尺度上的自旋-轨道相互作用在传统和量子纳米光子学中越来越多地被探索，以实现和利用自旋相关的光流动。在这里，我们提出并实现了一个介质加载等离子体纳米电路组成的非手性自旋轨道耦合器的泵辐射到分支QE集成波导的单向路由。我们在实验上证明了532 nm泵浦激光的圆偏振控制耦合到聚合物负载的分支波导，然后激发空间上分离的（距离约10 μm）QE，纳米金刚石，具有多个氮空位中心，嵌入并有效地耦合到相应的波导。耦合到分支波导的不同QE的片上自旋轨道控制激发的实现为设计利用手性量子纳米光子学内的自旋自由度的复杂量子等离子体纳米电路开辟了新的途径。
2020-04-16 physics.optics
Imaging a Nitrogen-Vacancy Center with a Diamond Immersion Metalens
固态量子发射器已经成为强大的单光子源和可寻址的自旋：在快速发展的量子技术的宽带磁强计，生物传感和量子信息科学的关键组成部分。这些应用中的性能，无论是磁力计灵敏度还是量子密钥生成速率，都受到检测到的光子数量的限制。然而，量子发射体的光致发光（PL）的有效收集是具有挑战性的，因为其原子尺度需要通常在低温下具有纳米精度对准的衍射限制成像。在这封信中，我们使用由蚀刻到金刚石表面的亚波长柱组成的电介质超透镜来成像单个量子发射器，即金刚石中的孤立氮空位（NV）中心。超透镜通过作为具有大于1.0的数值孔径（NA）的高透射效率浸没透镜操作而消除了对物镜的需要。这种设计为光纤耦合固态量子发射器提供了一种可扩展的方法，这将使可部署量子设备的开发成为可能。
2017-11-02 physics.optics
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
Monolithically Integrated C-Band Quantum Emitters on Foundry Silicon Photonics
本文在可扩展硅光子代工平台上制造高品质因数纳米梁腔，并通过掺铒TiO2薄膜接口单个铒离子，实现约500倍Purcell增强，为可制造的C波段确定性单光子源提供路径。
2025-07-28 physics.optics quant-ph
PT-symmetry in optics beyond the paraxial approximation
PT对称性的概念起源于量子场论，在光学中得到了深入的研究，这是由薛定谔方程和控制光在波导结构中传播的傍轴波动方程之间的相似性所激发的。我们超越了傍轴近似的界限，并证明，使用麦克斯韦方程组的解决方案，在深亚波长波导和周期性晶格中传播的光束与“平衡”的增益和损耗，PT对称性可能会保持不间断在这种设置。此外，亚波长光学结构中的PT对称性在最初被破坏之后可以随着增益和损耗的增加而恢复。临界增益/损耗水平，在该破碎和随后恢复的PT对称性发生，强烈依赖于结构的规模。
2014-08-12 nlin.PS physics.optics
Nanoscale Mirrorless Superradiant Lasing
该研究预测了密集纳米级原子发射体在无光学谐振腔条件下，通过偶极-偶极耦合实现集体超辐射激光，并发现非泵浦原子比例可显著增强辐射并窄化谱线，为极简光学频率参考提供新方案。
2025-09-25 physics.optics quant-ph
Topological Quantum Optics in Two-Dimensional Atomic Arrays
我们证明了具有亚波长间隔的二维原子发射器阵列构成拓扑保护的量子光学系统，其中光子传播对大的缺陷是鲁棒的，而与自由空间发射相关的损失被强烈抑制。利用磁场破坏时间反演对称性，得到了具有非平凡陈数和拓扑保护的长寿命边缘态的带隙光子带。由于组成发射器的固有非线性，这样的系统提供了一个平台，探索相互作用的拓扑系统的量子光学模拟。
2017-07-17 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
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
Anapole-Mediated Emission Enhancement in Gallium Nitride Nanocavities
受益于其低损耗的光操纵在亚波长尺度，光学谐振介电纳米结构已成为最有前途的纳米光子构建块之一。在这里，我们从理论上设想了一个由中等折射率氮化镓制成的介质纳米腔，并研究了纳米腔中的强电磁场约束。我们表明，氮化镓纳米盘可以支持anapole状态，这是由于电偶极子和环形偶极子模式之间的干扰，并通过改变纳米盘的尺寸可调。在纳米腔中，高限制的电磁场可以提高单个量子发射体的发射效率。此外，发射偏振可以通过将量子发射器放置在纳米盘中心之外来调谐。我们的研究结果为超紧凑、超辐射的集成量子光源的构建提供了一个有希望的候选者。
2021-11-17 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
Purcell enhancement of the parametric down-conversion in two-dimensional nonlinear materials
利用二维（2D）材料和纳米结构的超紧凑非线性光学器件正在成为光子电路的重要元件。将非线性材料集成到亚波长腔或波导中会导致非线性过程的强烈Purcell增强，并补偿小的相互作用体积。这种设备的通用功能，使他们特别具有挑战性的分析是强大的耗散的非线性偏振和高度受限的模式的亚波长腔。在这里，我们解决了一个量子电动力学问题的自发和受激参量下转换在一个非线性准二维波导或腔。我们发展了一个严格的海森堡-朗之万方法，它包括耗散和波动的电子系综和在一个平等的基础上的电磁场腔。在一个相对简单的模型中，我们考虑了量子化腔模的非线性耦合，它们与耗散库和外部世界的相互作用，热噪声的放大和电磁场的零点波动，以及其他相关的影响。我们推导出封闭形式的分析结果，如自发参量信号的功率和阈值参数不稳定的相关数量。我们发现一个强大的减少的参数不稳定性阈值的二维非线性材料在亚波长腔，并提供了与传统的非线性光子器件的比较。
2018-11-20 physics.optics quant-ph
Quantum bianisotropy in light-matter interaction
Ben Gurion University of the Negev（内盖夫本古里安大学）
研究揭示了量子双极性与手性在光-物质相互作用中的作用，通过近场操控超材料中磁电效应，实现亚波长尺度的量子调控。
2026-01-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph 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
