Extreme mid-infrared field enhancement and anapoles in high-index plasmonic metamaterials
School of Physics and Astronomy, University of Birmingham(伯明翰大学物理与天文学学院);NanoPhotonics Centre, Cavendish Laboratory, University of Cambridge(剑桥大学卡文迪许实验室纳米光子学中心)
本文基于金纳米颗粒自组装超材料,实现中红外波段有效折射率超过15且间隙场增强两个数量级,并通过设计支持anapole的紧凑超材料器件进一步增强纳米间隙场,使量子发射器的受激辐射响应增强三个数量级。
2026-06-18 physics.optics
Compact metallo-dielectric optical antenna for ultra directional and enhanced radiative emission
我们报告了采用金属和介电材料的明智合成来设计高效光学天线的情况。在所提出的方案中,一对金属耦合纳米粒子允许大的增强激发强度和辐射衰减率,而高折射率的电介质微球被用来有效地收集光,而不破坏发射器的量子效率。我们的模拟表明,在整个光学频率范围内的3个数量级的潜在荧光率增强。
2010-03-25 physics.optics
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
Enhanced light emission from top-emitting organic light-emitting diodes by optimizing surface plasmon polariton losses
我们证明了单色顶部发光有机发光二极管(OLED)的增强光提取。与参考样品相比,1.2倍的增强是由于使用具有低折射率(1.52)的空穴传输层(HTL)材料引起的。低折射率降低了在底部不透明金属电极(阳极)和HTL之间的界面处激发的表面等离子体激元(SPP)的平面内波矢量。SPP色散关系的偏移降低了耗散到损失的倏逝波激发中的功率,从而增加了外耦合效率,尽管SPP在强度上保持恒定。所提出的方法是适合于发射极材料拥有各向同性取向的过渡偶极矩以及各向异性,优先水平取向,从而在可比的增强因子。此外,对于HTL材料的足够低的折射率,SPP可以被建模为光学微腔中的其他有机材料内的传播平面波。因此,通过应用进一步的提取方法,例如微透镜或布拉格光栅,获得光提取的甚至更高的增强将变得可行。
2015-03-04 physics.optics
Near-unity collection efficiency from quantum emitters in bulk diamond using chirped circular dielectric gratings
从金刚石中的氮空位(NV)中心有效收集荧光是量子信息处理和增强传感应用所必需的自旋相关光学读出的基础。由于金刚石的高折射率和非定向偶极发射,金刚石衬底内的纳米粒子的光收集效率受到限制。在这里,我们介绍了一种光收集策略的基础上啁啾,圆形介电光栅,可以在散装金刚石基板上制作重定向发射器的远场辐射图案。使用遗传优化算法,这些光栅设计实现了98.9%的收集效率的NV零声子发射线,收集从金刚石的背面与孔径0.9的目标。在NV的宽带发射光谱(600-800 nm)上,啁啾光栅在1.42的数值孔径中实现了82.2%的收集效率,再次对应于金刚石背面上的油浸物镜。我们提出的体介电光栅结构适用于高折射率基质材料中的其他光学活性固态量子发射器。
2017-06-23 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Bright Room-Temperature Single Photon Emission from Defects in Gallium Nitride
单光子发射器在许多光子量子技术中起着核心作用。一类有前途的单光子发射体由宽带隙晶体中的原子色心组成,如金刚石碳化硅和六方氮化硼。然而,目前不可能在低折射率衬底上生长这些材料作为亚微米厚的膜,这是成熟的光子集成电路技术所必需的。因此,在技术成熟的半导体中识别与合适的异质外延层兼容的量子发射体具有很大的兴趣。在这里,我们展示了基于氮化镓(GAN)缺陷的稳健的单光子发射器,GaN是最成熟和最好理解的半导体,可以在整个可见光谱范围内发光。我们表明,发射器具有优异的光物理特性,包括超过500 × 10^3计数/秒的亮度。我们进一步表明,发射器可以在各种GAN晶片中找到,从而为进一步的技术开发提供可靠和可扩展的平台。我们提出了一个理论模型来解释这些发射体的起源基于六方晶系氮化镓中的立方夹杂物。我们的研究结果为基于GAN的可扩展、集成的片上量子技术提供了一条可行的途径。
2016-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Evanescent-field assisted photon collection from quantum emitters under a solid immersion lens
针对高折射率材料中量子光源光提取效率受限的问题,提出利用近距放置的折射率匹配固体浸没透镜通过倏逝场耦合提取光,结合模拟与实验验证了间隔层厚度对收集效率的影响,实现平均4.2倍的增强及最高743 kcps的探测速率。
2023-10-10 cond-mat.other physics.optics
Emergence of an Epsilon-Near-Zero Medium from Microscopic Atomic Principles
通过微观原子原理,研究发现离散原子晶格中的集体光散射可产生近零折射率,为宏观电磁学的起源提供了新见解。
2025-11-18 cond-mat.quant-gas physics.atom-ph physics.optics
Binary Dispersion Formulations of Mid-Infrared Lossless Dielectric Contrast Gratings
本文研究零对比光栅的最优设计,揭示第0级和第1级衍射共同决定其近完美透反射特性,并区别于高对比光栅,可应用于带通窗口、分束器、宽带反射器及窄带热发射器。
2023-12-04 physics.app-ph physics.optics
On modifications of fundamental radiative processes in near-zero-index media of various dimensions
自发发射、受激发射和吸收是描述光与物质相互作用的三个基本辐射过程。在这里,我们从理论上研究了这些基本过程在折射率极小的无界介质中的行为,即,近零折射率(NZI)主介质。我们提出了一个广义的框架来研究这些过程,并发现NZI介质的空间维度对基本辐射过程的性质有深刻的影响。我们的形式主义突出了可用的光学模式的数量的作用,以及发射器耦合到这些模式的功能的尺寸和类的NZI媒体的能力。我们表明,基本的辐射过程被抑制在三维均匀无损零指数材料,但可能会强烈增强在零指数介质的降维。我们的研究结果在热,非线性和量子光学以及在光学或微波频率的量子超材料设计的影响。
2020-04-06 physics.optics
Numerical Investigation of Light Emission from Quantum Dots Embedded into On-Chip, Low Index Contrast Optical Waveguides
将单光子发射器集成到量子光学电路中将使新的小型化量子光学器件成为可能。在这里,我们数值研究半导体量子点嵌入到低折射率对比波导。我们讨论了一个模型来计算发射光场的波导的基本传播模式的耦合效率,我们优化的波导尺寸参数最大的耦合效率。此外,我们表明,对于横向裁剪波导的相互作用的Purcell增强和优化的场分布可以提高耦合效率的约2倍。
2020-06-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Supercritical angle microscopy and spectroscopy
荧光检测,无论是涉及传播或近场发射,被广泛用于光谱学,传感和显微镜。全内反射荧光(TIRF)通过渐逝(近)场限制荧光激发,并且它是用于表面选择性荧光测定的流行的对比度发生器。它的发射当量,超临界角荧光(SAF)是无条件建立的,虽然它实现了类似的光学切片TIRF。当荧光分子非常靠近界面并且其近场发射耦合到高折射率介质(n2 > n1)并且变得传播时,SAF出现。然后,大多数荧光在较高折射率衬底的一侧是可检测的,并且该荧光的大部分被发射到斯涅耳定律所禁止的角度中。SAF以及亚临界角荧光(UAF)(远场发射)分量可以用具有足够高的检测孔径NA > n2的显微镜物镜收集,并且通过傅立叶滤波在后焦平面(BFP)中分离。BFP图像编码有关荧光团辐射图案的信息,并且可以对其进行分析,以产生有关发射器嵌入的折射率,它们与界面的纳米距离及其方向的精确信息。SAF显微镜可以通过宽场光学器件以空间分辨的方式检索此近场信息,并且此功能可以添加到任何现有的倒置显微镜。
2020-01-15 physics.optics q-bio.QM
Nitrogen-Vacancy Emission from Nanodiamond: Size, Depth, and Surroundings
研究揭示纳米金刚石中氮空位发射受尺寸、深度和周围环境影响,提出混合模型整合电磁模拟与量子光学理论,推动量子发射器光物理的理解。
2025-12-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dynamical control of light-matter interaction through coherent multipolar scattering in broken symmetry metasurfaces
Aligarh Muslim University(阿利加穆斯林大学)
该研究通过相位分辨多极分析,利用破对称硅介质超表面实现磁偶极子与磁四极子模式杂化,借助相干磁多极干涉增强铒离子自发辐射,为集成量子光子器件提供设计准则。
2026-08-03 physics.optics