Purcell effect in wire metamaterials
我们从理论上研究了金属丝超材料中自发发射的增强。我们分析了电偶极源和磁偶极源的珀塞尔因子对导线介电常数的依赖关系,并找到了使电偶极的珀塞尔因子最大化的介电常数的最佳值。我们得到的珀塞尔因子的解析表达式,并提供估计的珀塞尔因子在现实的结构在微波和光学光谱范围内工作。
2012-08-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Simultaneous magnetic and electric Purcell enhancement in a hybrid metal-dielectric nanostructure
混合金属-电介质结构结合了金属和电介质材料的优点,在精心布置下支持高限制但低损耗的磁共振和电共振。然而,它们增强磁发射的潜力尚未被探索。在这里,我们研究了由介电纳米环和银纳米棒组成的混合结构所支持的同时磁和电的Purcell增强。这种结构在光通信波段中,在纳米环上的磁共振和纳米棒上的电共振的模式混合下,能够实现低欧姆损耗和高度受限的场。因此,60倍的磁Purcell增强和45倍的电Purcell增强可以同时与辐射传输到远场的$>95\%$一起实现。发射极的位置有几十纳米的公差,可以保证足够大的Purcell增强,这给实验制作带来了方便。此外,由这种混合纳米结构形成的阵列可以进一步增强磁性Purcell因子。这一发现为在集成光子电路中选择性地激发磁发射和电发射提供了可能。它还可以以更简单的布置促进更亮的磁发射源和发光超颖表面。
2023-01-30 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
Nanoimplantation and Purcell enhancement of single NV centers in photonic crystal cavities in diamond
我们提出了一个控制创建的单氮空位(NV)中心通过离子注入的光子晶体腔的中心,这是在超纯,单晶金刚石膜制造。NV中心的高分辨率放置是通过原子力显微镜(AFM)的穿刺尖端使用5keV的氮离子束的准直来实现的。我们证明了注入NV中心的宽带荧光耦合到腔模,并观察到Purcell增强的自发发射。结果与主方程模型的腔耦合是一致的。
2015-03-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Modelling Purcell enhancement of metasurfaces supporting quasi-bound states in the continuum
Kyoto University(京都大学);Osaka Metropolitan University(大阪公立大学)
本文提出了一种分析模型,用于研究支持准BIC的元表面在接近BIC时的珀塞尔增强行为,揭示了品质因子与出射效率的相互依赖关系,并发现了最优偏离BIC的条件。
2025-11-25 physics.optics
Interpreting Purcell Enhancement of Non-Hermitian Metasurfaces with Spectral Parameters
本研究针对非厄米超构表面Purcell因子定量评估难的问题,提出利用光谱参数预测Purcell增强的分析方法,经实验与模拟验证,可推广至任意形状光致发光介质,助力超构表面优化。
2024-12-24 physics.optics
Microscopic model of Purcell enhancement in hyperbolic metamaterials
我们从理论上研究了一个显着的增强自发发射的超材料与双曲色散建模为立方晶格的各向异性共振偶极子。我们分析了Purcell因子对晶格单元中的源位置的依赖性,并证明了实现大Purcell因子和Lamb位移的最佳发射器位置在局部场最大值中。我们表明,计算出的格林函数具有特征的十字形,空间调制由于结构离散。我们的基本微观理论为快速发展的双曲型超材料领域提供了基本的见解。
2012-05-17 cond-mat.mes-hall 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
Purcell enhancement and spin spectroscopy of silicon vacancy centers in silicon carbide using an ultra-small mode-volume plasmonic cavity
本文将碳化硅中硅空位色心与超小模式体积等离激元纳米腔集成,实现最高48倍的Purcell增强,并改善自旋保持共振跃迁的光学稳定性,为可扩展量子网络提供关键实验支撑。
2024-07-08 physics.optics quant-ph
Topological cavity based on slow light topological edge mode for broadband Purcell enhancement
拓扑谷型光子晶体结构中的慢光为增强光与物质的相互作用提供了新的可能性。报道了一种基于慢光拓扑边缘模的拓扑腔用于宽带Purcell增强。在两个拓扑结构不同的谷型光子晶体之间引入有胡须的界面,可以实现群指数大于100的拓扑边缘模,由于局域态密度的增加,极大地提高了Purcell因子.在慢光区,拓扑腔支持的腔模数远多于快光区,且具有更高的品质因数,这一点在理论和实验上都得到了证实。我们表明,腔使宽带Purcell增强与大量的Purcell因子,受益于密集的腔模式,高品质因数在一个很宽的光谱范围。这对实现高效率的量子点单光子源和纠缠光子源具有重要意义,同时对光谱匹配的要求也较少。这种拓扑腔可以作为一个重要的基石,朝着光子集成电路的发展嵌入量子发射器。
2021-06-25 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
Purcell Enhancement of Parametric Luminescence: Bright and Broadband Nonlinear Light Emission in Metamaterials
单光子源和相关双光子源是光信息系统的重要组成部分。非线性下转换光源是单光子和纠缠光子对的鲁棒且稳定的发射器。然而,由低对称性非线性晶体的性质决定的下变频光发射的速率通常非常小,导致器件设计和集成的显著约束。在本文中,我们表明,原则自发发射控制(即Purcell效应)的纳米结构,如超材料,可以概括为描述增强非线性光产生过程,如参量下转换。我们发展了一个新的理论框架,在一般的各向异性,色散和损耗介质中的量子非线性发射。我们进一步发现双曲型色散介质中的自发参量下转换是宽带的,并且没有相位失配。我们预测,在实验现实的纳米结构中,下转换的发射率提高了1000倍,每秒可达105个光子对。我们的理论形式和方法的Purcell增强的非线性光学过程,提供了一个框架,描述量子非线性光学现象在复杂的纳米光子结构。
2017-09-20 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
Disorder-induced Purcell enhancement in nanoparticle chains
在本文中,我们报告的等离子体纳米粒子链与长程偶极-偶极相互作用的数值研究。我们已经表明,位置无序的引入给出了一个峰值的共振态密度(DOS)在单个纳米粒子共振的频率。该峰被称为一维无序结构中的戴森奇点[Dyson F.,1953],并根据我们的计算,支配本地DOS的光谱特性。这提供了无序诱导的Purcell增强,可以在随机激光和SERS光谱中找到其应用。我们强调,这种效果不仅涉及到等离子体纳米粒子,但任意链的纳米粒子或原子的共振极化率。
2014-11-24 cond-mat.dis-nn 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
Antenna-cavity hybrids: matching polar opposites for Purcell enhancements at any linewidth
光与单个量子发射体之间的强相互作用对于包括单光子源在内的大量应用是必不可少的。微腔和等离子体天线已经被频繁地用于通过Purcell效应来增强这些相互作用。两者都可以提供大的发射增强:腔通常通过长光子寿命(高$Q$),并且天线主要通过强场增强(低模式体积$V$)。在这项工作中,我们证明了一个混合系统,它结合了一个腔和一个偶极天线,可以实现更强的发射增强比单独的腔或天线。我们表明,这样的系统可以用作一个多功能的平台,以调整增强的带宽到任何所需的值,同时提高发射增强。我们完全一致的分析模型,可以确定的基本机制,增强发射增强混合系统,其中包括辐射阻尼和建设性的多重散射路径之间的干扰。此外,我们发现从我们的分析模型和有限元模拟一个现实的腔天线系统的强烈增强谱之间的协议。最后,我们证明了混合系统可以同时提高发射增强和保持一个接近统一的出耦合效率到一个单一的腔衰减通道,如波导。
2016-05-13 physics.optics
High Purcell enhancement in all-TMDC nanobeam resonator designs with active monolayers for nanolasers
JCMwave GmbH(JCMwave有限公司);Zuse Institute Berlin(柏林祖斯研究所);Technical University of Denmark(丹麦技术大学)
本文提出了一种全TMDC纳米束谐振器设计,通过高 Q 谐振和强电场约束实现高 Purcell 增强,用于纳米激光器应用。
2025-12-12 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph physics.optics
Purcell-enhanced solid-state laser cooling
School of Science and Engineering, Al Akhawayn University(Al Akhawayn大学科学与工程学院);Ginzton Laboratory and Department of Electrical Engineering, Stanford University(斯坦福大学电气工程系金斯顿实验室)
本研究通过图案化槽波导结构利用珀塞尔效应提高固态激光冷却效率,展示了饱和功率密度和逃逸效率的增强,为光学制冷提供了新设计方向。
2026-01-30 physics.app-ph 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
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
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
Purcell radiative rate enhancement of label-free proteins with ultraviolet aluminum plasmonics
绝大多数蛋白质本身在紫外线下都是荧光的,这要归功于它们的色氨酸和酪氨酸氨基酸成分的发射。然而,蛋白质自发荧光量子产率通常非常低,这是由于蛋白质内部的其他氨基酸的主要猝灭机制。这激发了使用纳米光子结构来增强蛋白质的辐射发射率的兴趣。虽然已经有许多报告的Purcell效应和局部光态密度(LDOS)控制在可见光范围内使用单偶极量子发射器,问题仍然是开放的,以应用这些概念在紫外线上的实际蛋白质含有几个色氨酸和酪氨酸氨基酸排列在一个高度复杂的方式。在这里,我们报告的第一个完整的表征珀塞尔效应和辐射率增强的紫外固有荧光的无标记\b{eta} -半乳糖苷酶和链霉亲和素蛋白质等离子体铝纳米孔。我们发现一个很好的协议与使用高量子产率的UV荧光染料进行校准。证明和增强Purcell效应对于UV等离子体激元学的应用和单个蛋白质的无标记检测是必不可少的。
2021-07-13 physics.bio-ph physics.optics
Hierarchical Mean-Field $\mathbb{T}$ Operator Bounds on Electromagnetic Scattering: Upper Bounds on Near-Field Radiative Purcell Enhancement
我们展示了如何散射理论的中心平等,定义的$\mathbb{T}$运营商,可以用来生成层次的平均场约束,作为自然的补充,以优化一些目标的标准电磁设计问题的结构自由度。概念验证应用程序的问题,最大限度地提高了辐射Purcell增强的偶极电流源附近的结构化介质,许多传感和量子技术的核心效果,产生的性能界限,往往超过一个数量级更紧密的比所有当前的框架,突出了这些模型的不现实的存在下,不同的域和字段本地化长度尺度。与区域分解和多重网格方法密切相关,类似的构造在波动物理学的任何分支都是可能的,为系统评估电磁学之外的基本极限铺平了道路。
2020-08-18 physics.optics
Purcell enhancement of silicon W centers in circular Bragg grating cavities
本研究针对硅基量子光子芯片的单光子生成需求,在圆形布拉格光栅腔中实现硅W色心的Purcell增强,实验观测到零声子线强度20倍提升与弛豫时间减半,为硅基按需单光子源开发提供了可行路径。
2023-10-27 physics.optics quant-ph
Self-consistent Purcell factor and spontaneous topological transition in hyperbolic metamaterials
在这项工作中,我们开发了一个自洽的方法来计算Purcell因子和兰姆位移的高色散双曲型超材料占有效偶极子频率偏移。我们还从理论上预言了自发拓扑转变的可能性,这种自发拓扑转变的发生不是由于系统参数的外部变化,而是由于兰姆位移。
2016-07-12 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
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
Probing Purcell enhancement and photon collection efficiency of InAs quantum dots at nodes of the cavity electric field
本文通过实验研究InAs量子点位于微柱腔电场节点时,非腔模式对Purcell因子、β因子和收集效率的影响,发现节点位置可抑制零声子线和声子辅助发射进入腔模HE11。
2024-01-20 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
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
Purcell-enhanced X-ray scintillation
Technion - Israel Institute of Technology(以色列理工学院);Solid state institute, Technion - Israel Institute of Technology(以色列理工学院固体研究所);Massachusetts Institute of Technology(麻省理工学院)
通过纳米光子学设计实现普尔次效应增强闪烁材料的发光速率和光产量,提升X射线检测性能。
2023-10-17 physics.app-ph physics.optics
Purcell and collection efficiency enhancement of single NV- center emission coupled to an asymmetric Tamm structure
与不同空间维度的工程光子结构相关联的共振模式对于获得用于量子技术的明亮的按需单光子源是必不可少的。本文提出金刚石中带负电荷的氮空位(NV-)心是一种优良的室温单光子源。金刚石中自旋态的可能光学读出使其成为自旋光子界面的良好候选者。然而,NV-中心的弱光收集、弱的零声子线、低的发射速率和宽的声子诱导发射的存在限制了NV-中心在量子技术中的应用。在这里,我们提出了一种可行的,易于制造的,非对称的Tamm结构与单NV-中心耦合,以提高零声子线(ZPL)的发射率与更好的光收集效率。非对称的Tamm结构显示出双谐振模式,其中一个模式与640 nm的NV-ZPL波长一致。该模式的品质因数(Q因子)为140,这远好于常规Tamm结构的Q因子,因此,更好的场强局部化。我们实现了四倍的Purcell增强以及在640 nm处增强五倍的光收集效率。所提出的结构是有用的,用于产生明亮的单光子使用NV中心和一个有效的自旋光子接口。
2022-10-22 physics.optics
Purcell factor of Mie resonators featuring electric and magnetic modes
我们提出了一种模式的方法来计算普赛尔因子米氏谐振器表现出电和磁共振。利用简正波的解析表达式计算了等效体积。我们表明,有效体积的重要功能,可以预测由于位移偶极子的双折射加法系数。使用我们的形式主义,很容易看出,在一般情况下,米氏谐振器的Purcell因子不是由一个单一的模式,而是由一个大的叠加。最后,我们考虑均匀掺杂电偶极发射极的硅谐振器,并且我们表明平均电珀塞尔因子比磁珀塞尔因子占主导地位。
2015-02-23 physics.optics
Symmetry-Engineered Magnetic Dipole Emission in Plasmonic Core-Satellite Resonators
Univ. Bordeaux, CNRS, CRPP, UMR 5031(波尔多大学);Institut Langevin, ESPCI Paris, Université PSL, CNRS(巴黎高等物理化工学院);Sorbonne Université, CNRS, Institut des Nanosciences de Paris, INSP(索邦大学);Univ. Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 5026(波尔多大学);Institut Universitaire de France(法国大学研究所)
通过等离激元核心-卫星谐振器实现强磁偶极子发射,利用对称性增强磁光相互作用,提升量子效率和辐射效率,抑制电偶极子贡献。
2026-04-09 physics.optics
Engineering Purcell factor anisotropy for dark and bright excitons in two dimensional semiconductors
原子级薄半导体中紧密束缚的暗激子可用于各种光电应用,包括光存储和量子通信。然而,由于它们的面外跃迁偶极矩,它们的光学可及性受到限制。因此,我们建议加强暗激子在二维材料中的耦合,在室温下的腔的面外共振模式,通过工程的各向异性的Purcell因子。一种二氧化硅微盘,其特征在于在小的模态体积,高Q因子和自由光谱范围内的光的高限制,用于耦合到单层过渡金属二硫属化物中的激子。我们的数值计算表明,锥形的侧壁的微盘是一个非常通用的路线,实现选择性耦合的回音壁模式发出的光从平面外偶极子的损害,从平面内的四个代表性的单层过渡金属dichalcogenides。
2021-08-24 physics.app-ph physics.optics
Purcell factor for plasmon-enhanced metal photoluminescence
本文提出解析模型描述低于衍射极限金属纳米结构中MPL增强机制,推导出任意形状结构的MPL Purcell因子普适表达式,并揭示直接复合与天线介导过程干涉导致MPL光谱带蓝移。
2023-07-31 cond-mat.mes-hall physics.optics
Exciton diffusion and annihilation in nanophotonic Purcell landscapes
激子通过扩散传播,并通过激子-激子湮灭相互作用。纳米光子学可以抵消光发射的减少。然而,传统的增强处理发射器作为固定和非相互作用。在这里,我们超越了本地化的珀塞尔效应,利用激子动力学。当相互作用的激子扩散通过光学热点时,激子和纳米光子性质的平衡导致增强或抑制的光致发光。我们确定了占主导地位的增强机制,在高和低的扩散和湮灭的限制,把他们的有害影响到额外的排放。我们的指南适用于基于单层半导体、钙钛矿或有机晶体的高效高功率发光二极管和激光器。
2022-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Bright Purcell enhanced single-photon source in the telecom O-band based on a quantum dot in a circular Bragg grating
半导体量子点与光子腔的结合是实现非经典光源的一种很有前途的方法,它在亮度、稳定性和重复频率方面具有最先进的性能。在目前的工作中,我们展示了在电信O波段发射的InGaAs/GaAs量子点的圆形布拉格光栅腔的耦合。我们证明了一个宽带几何提取效率的提高,通过调查两个发射线在带上激发,内部和失谐腔模式,分别。在第一种情况下,达到4的Purcell增强。对于后一种情况,实现了1.4%的端到端亮度,其中第一透镜处的亮度为23%。利用p壳层泵浦,实现了高计数率与纯单光子发射(饱和时g(2)(0)= 0.01)的组合。最后,在77 K的温度下获得了良好的单光子纯度(g(2)(0)= 0.13)和191 kcps的探测器计数率。
2021-07-07 physics.optics quant-ph
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
Enhancing the robustness of coupling between a single emitter and a photonic crystal waveguide
我们提出了一个启发式的数学模型之间的关系的几何形状的光子晶体波导和Purcell增强因子在特定的波长的兴趣。我们使用这个模型提出的方法来设计的光子晶体波导最大限度地提高在目标波长的Purcell增强。数值模拟表明,所提出的结构具有鲁棒性的制造缺陷引入到光子晶体的几何形状。
2022-10-13 physics.optics quant-ph
Purcell-Like Environmental Enhancement of Classical Antennas: Self and Transfer Effects
Florida International University(佛罗里达国际大学)
本文提出了一种基于双因素描述的经典天线Purcell-like行为分析框架,通过自效应和传输效应量化环境对辐射阻尼和信道耦合的影响,并展示了其在不同环境下的应用。
2025-12-26 physics.app-ph 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
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
Chiral and directional optical emission from a dipole source coupled to a helical plasmonic antenna
本文数值研究了薄膜中偶极子发射器与等离激元单螺旋和双螺旋天线的耦合,采用高阶有限元法计算Purcell增强并分析远场手性与辐射方向图,发现双螺旋在共振激发下具有显著改善的方向性辐射。
2024-02-01 physics.optics
Relations between near-field enhancements and Purcell factors in hybrid nanostructures of plasmonic antennas and dielectric cavities
本文理论揭示了混合等离子体-介质纳米结构中近场增强与珀塞尔因子并非完全正相关,消光截面是决定珀塞尔因子的关键因素,并给出了耦合系统珀塞尔因子的预测方法与极限。
2024-01-15 physics.optics
Reciprocity approach for calculating the Purcell effect for emission into an open optical system
基于互易定理,我们提出了一种计算偶极源在离开开放光学系统时进入特定传播模式的功率的形式。开放系统是完全任意的,该方法可以用于分析计算,但也可以与数值电磁解算器相结合,以描述光源发射到复杂系统中。通过分析放置在连接有单模出口波导的腔体内的偶极子的发射,我们验证了该形式在数值模拟中的使用。此外,我们展示了一个实际的环形谐振器系统的例子,该方法可以应用于系统,提供多个电磁能量衰减通道。由于其固有的简单性和广泛的适用性,该方法可以作为一个强大的和实用的工具,工程在各种有源光学系统中的光-物质相互作用。
2018-07-19 physics.optics
Radiation of Optical Angular Momentum by a Dipole Source inside a Magneto-optical Environment
电多极源或磁多极源的电磁能辐射可以被它们的局部环境改变。在这项工作中,我们证明了一个非极化偶极子源的磁光环境诱导角动量辐射到空间。这种辐射受益于Purcell增强。
2022-07-18 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
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
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
Alignment-dependent decay rate of an atomic dipole near an optical nanofiber
我们研究了$^{87}$ Rb原子自发发射率的变化,即Purcell效应,在一个光学透镜($\sim$ 500 nm直径)附近。我们观察到的增强和抑制的原子衰变率取决于诱导的原子偶极子相对于的取向。当考虑原子作为简单的振荡线性偶极子时,时域差分模拟与测量定量一致。这是令人惊讶的,因为原子的多能级性质应该产生不同的辐射模式,预测比测量的寿命更小的修改。这项工作是朝着表征和控制光波导附近的原子特性迈出的一步,光波导是量子光子学发展的基本工具。
2017-04-27 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Magnetic and electric Purcell factor control through geometry optimization of high index dielectric nanostructures
我们设计了平面硅天线,用于控制磁或电偶极发射器的发射速率。结合绿色并矢方法的进化算法导致不同的优化几何形状,这取决于偶极子的性质和方向。我们讨论的物理起源所获得的配置感谢模态分析,但也强调纳米级设计的LDOS的作用。我们完成了我们的研究,使用有限元方法,并证明了增强到2000的磁性Purcell因子在铕离子。我们的工作汇集了随机优化来无约束地探索几何参数,一阶确定性方法来理解优化设计,以及模态分析来阐明磁珀塞尔效应增强的物理起源。
2022-05-05 physics.comp-ph physics.optics
Performance of the nanopost single-photon source: beyond the single-mode model
本文分析了纳米柱单光子源中基模到辐射模的散射机制,证明其使收集效率与Purcell增强解耦并在失谐时达到最大收集效率,为未来单光子源设计提供指导。
2023-01-05 physics.optics quant-ph
Scaling laws of the cavity enhancement for nitrogen-vacancy centers in diamond
我们采用一个高精细度光纤微腔来研究纳米金刚石中氮空位中心声子边带荧光的增强。利用谐振器的完全可调谐性和开放访问,我们明确地证明了通过在很大范围内改变模式体积和品质因数的Purcell增强的标度律。虽然在发射寿命的变化保持在一个宽带发射器的制度小,我们观察到的发射光谱密度增加了高达300倍。这给出了可以用该谐振器和线宽比腔线宽窄的发射器实现的Purcell因子的直接测量。我们的研究结果表明,波长可调谐窄带单光子源的实现方法,并展示了一个系统,有可能达到强耦合制度。
2013-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph