Tek yönlü ışık elde etmek için nano antenlerin yüksek kaliteli mikro boşluklar üzerinde işbirliğine dayalı etkileşimi
Yakın zamanda, Amsterdam Üniversitesi Nanofotonik Merkezi'nden Kévin G. Cognée, Hugo M. Doeleman ve AF Koenderink ve Fransa, Bordeaux Üniversitesi'nden Philippe Lalanne, Light: Science and Applications dergisinde "Nano- arasındaki işbirliğine dayalı etkileşimler" başlığını yayınladılar. tek yönlü ışık kaynakları için yüksek Q boşlukta antenler "makalesi. Bir silikon nitrür mikrodisk üzerine bir çift plazma anten (alüminyum anten dimeri) yerleştirilerek gerçekleştirilen yüksek kaliteli faktörlü plazma-fotonik karışık mod rezonatörü tasarladılar ve deneysel olarak imal ettiler. Sistem, rezonans hat genişliğini ve frekans kaymasını tahmin ederek ve ölçerek açıkça gözlemlenebilen rezonant dipol-dipol etkileşimini elde etmek için rezonant kavite modunu kullanır. Aynı zamanda, "aşamalı dizi" antenin fiziksel konseptini plazma-fotonik hibrit boşluğa tanıttılar ve tek bir antenle karşılaştırıldığında, sistemin boşlukla ilgili önemli ölçüde geliştirilmiş bir yerel durum yoğunluğu oluşturabileceğini tahmin ettiler. Bu geliştirme, tek yönlü floresan enjeksiyonu anlamında "kiral" dır. Ve deneysel sonuçlar, karma mod kalite faktörü ve rezonans koşulları üzerindeki anten aralığının bir fonksiyonu olan çift kutuplu anten bağlantısının öngörülen ortak etkisini doğrudan doğrular.
Araştırma Geçmişi
Mikro-nano fotonik alanında, istediğimiz kalite faktörü Q ve mod hacmi V'yi elde etmek için optik rezonans boşluğunu kontrol etmek büyük önem taşır, çünkü boşluk kuantum elektrodinamiği ve doğrusal olmayan optik alanında ışık ve madde arasındaki etkileşimi gerçekleştirebilir. Yönetmelik. Tek bir fotonun alan kuvvetini, rezonans boşluğunun çizgi genişliğini ve rezonans kuplajı için uzak alan radyasyon kanalını bağımsız olarak kontrol etmek özellikle önemlidir. Örneğin, kuantum radyasyon kaynağının rezonant boşluktaki kendiliğinden emisyon oranını kontrol ederken ve Purcell faktörünü kontrol ederken, boşluğun hat genişliğinin radyasyon kaynağının hat genişliğine uyduğundan ve aynı zamanda foton emisyonunun olduğundan emin olmak için boşluğun ve radyasyon kaynağının rezonansını ayarlamak da gereklidir. Yüksek verimli kanallarda oluşur. Son on yılda yapılan araştırmalar, bir yandan plazmanın güçlü bir lokalizasyona ulaşabildiğini, diğer yandan da optik mikro boşlukların yüksek bir kalite faktörü sağlayabildiğini buldu. Son zamanlarda, araştırmacılar, yalnızca plazma bileşiminin getirdiği derin alt dalga boyu yerel etkisini korumakla kalmayıp aynı zamanda optik mikro boşluğun yüksek kalite faktörünün özelliklerini de miras alan bir plazma-fotonik hibrit boşluğu araştırıyorlar. Son zamanlarda, bu hibrit karışımın daha büyük bir Purcell faktörü üretebileceği, Q değerinin optik mikro boşluk ile aynı büyüklük düzeyinde olmasını ve mod hacminin de artmasını sağlayabileceği tahmin edilmiştir.
İnovasyon araştırması
Bu makaledeki çalışma, çoklu metal nanopartiküllerin ve optik mikro boşlukların hibrit karışımını ele almaktadır.Bu sistemin üç yenilikçi noktası vardır. Birinci nokta, rezonant boşluktaki dipol-dipol etkileşiminin neden olduğu kooperatif saçılmayı fark etmesi ve kuantum optiğindeki önemli kooperatif radyasyon problemi için klasik bir birincil form sağlamasıdır. İkinci nokta, anten açısından bakıldığında, aşamalı dizi anten konseptinin hibrit hibrit sisteme dahil edilmesi, sadece Purcell faktörünün geliştirilmesini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda uzak alan radyasyon kanallarını da tahsis eder. Üçüncü nokta, hibrit hibrit sistemin boşluk modunu incelemek ve Wiersig'in görüşüne göre plazmanın gerçekleştirilmesinde ilk adımı gerçekleştirmektir.Bu görüş, fısıltı galeri modu mikro boşluk üzerindeki dielektrik dağıtıcının özel noktayı (istisnai nokta) destekleyebileceğini önermektedir. Kiral öz modu.
Şekil 1 Mikrodisk boşluğu üzerindeki anten dimerinin plazma-foton hibrid yapısı (a) Taranan elektron mikroskobu fotoğrafı, ek, tam bir mikrodisk boşluk fotoğrafıdır; (b) yapının geometrisi, (c, d) simetri ve antisimetrik Karışık mod
Şekil 2 Anten dimer mikrodisk boşluk sisteminin radyasyon artışı ve yönlülüğünün tahmini (a) Durum iyileştirmesinin yerel yoğunluğu, boşluk modu alan dağılımının azimut periyodu ile ifade edilen anten aralığı ve frekansının bir fonksiyonudur; (b) boşluğa radyasyon Yönlülük; (c, d) Yerel yoğunluk iyileştirme (siyah kesik çizgi) ve yönlülük (turuncu-kırmızı düz çizgi); (e, f) simüle edilmiş yoğunluk; (g, h) alüminyum antenli mikrodisk üst yüzeyi Elektrik alanın radyal bileşeninin fazı
Şekil 3 Anten dimer mikrodisk boşluk sisteminin yinelenen özfrekansı (a) özfrekansın gerçek kısmı; (b) özfrekansın sanal kısmı, simetrik mod (mavi), antisimetrik mod (kırmızı); (c) , d, e) genlik; (f, g, h) faz
Şekil 4 Hedef tarafından kamera veya fotodiyot için toplanan konik fiberin yansımasını, iletimini ve dışa saçılmasını kaydederken, mikrodisk boşluğunu uyarmak için dar bant genişliğinde ayarlanabilir diyot lazeri ve konik fiber kullanan deneysel cihazın şematik diyagramı
Şekil 5 Anten dimer mikrodisk boşluk sisteminin saçılma özellikleri ve özfrekansı (a) Dipol diyagramı simetrik dejenere yarı normal modun uzak alan radyasyonunu açıklar; (b, c) simetrik ve anti-simetrik dejenere yarı normal modu tahmin eder Yaklaşık açısal radyasyon modu; (d) konik fiberin iletim (kırmızı) ve yansıyan (mavi) diyot sinyalleri; (e) kaydedilen radyasyon görüntüsü; (f) rezonans frekansı; (g) çizgi genişliği, simetrik mod ( Mavi), antisimetrik mod (kırmızı)
Şekil 6 Mod bölme ve anten aralığı arasındaki ilişki (a) Simetrik mod ve anti-simetrik mod arasındaki rezonans frekansı farkı; (b) Simetrik ve anti-simetrik modun çizgi genişliği arasındaki fark; (c) güçlü mavi uyumsuz anten Rezonans frekansı (mavi) ve çizgi genişliği (kırmızı) arasındaki fark; (d) simetrik ve antisimetrik modların bağımsız çizgi genişliği; (e) azimut modlarının sayısı; (f) kutupsal koordinatlarda ölçülen değer
(Kaynak: Science Network OSANJU Tang Lei)
İlgili kağıt bilgileri: https://doi.org/10.1038/s41377-019-0227-x
Telif hakkı bildirimi: Bu makale yalnızca bilgi yayma amacıyla çoğaltılmıştır ve bu web sitesinin görüşlerini temsil ettiği veya içeriğinin gerçekliğini doğruladığı anlamına gelmez; diğer medya, web siteleri veya bireyler bu web sitesini çoğaltıp kullanırlarsa, bu web sitesinde belirtilen bilgileri saklamaları gerekir. "Kaynak" ve telif hakkı gibi yasal sorumluluk taşıyor; yazar yeniden basılmak istemiyorsa veya yeniden basım ücretleri ve diğer konularla iletişime geçmek istemiyorsa, lütfen bizimle iletişime geçin.
