論文の概要: Control of single quantum emitters in bio-inspired aperiodic
nano-photonic devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2001.06723v1
- Date: Sat, 18 Jan 2020 20:40:07 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-10 05:35:41.629936
- Title: Control of single quantum emitters in bio-inspired aperiodic
nano-photonic devices
- Title（参考訳）: バイオインスパイアされた周期性ナノフォトニックデバイスにおける単一量子エミッタの制御
- Authors: Oliver J. Trojak, Sean Gorsky, Connor Murray, Fabrizio Sgrignuoli,
Felipe Arruda Pinheiro, Suk-In Park, Jin Dong Song, Luca Dal Negro, Luca
Sapienza
- Abstract要約: チップ上での光-物質相互作用の促進は、ナノ・量子光学効果の研究において最重要となる。
窒化ケイ素およびヒ素ガリウムで作製したバイオインスパイアされた非周期デバイスを用いて,光物質相互作用の増強とチップへのパーセル効果の実証を行った。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Enhancing light-matter interactions on a chip is of paramount importance to
study nano- and quantum optics effects and to realise integrated devices, for
instance, for classical and quantum photonics, sensing and energy harvesting
applications. Engineered nano-devices enable the efficient confinement of light
and the control of the spontaneous emission dynamics of single emitters, which
is crucial for cavity quantum electrodynamics experiments and for the
development of classical and quantum light sources. Here, we report on the
demonstration of enhanced light-matter interaction and Purcell effects on a
chip, based on bio-inspired aperiodic devices fabricated in silicon nitride and
gallium arsenide. Internal light sources, namely optically-active defect
centers in silicon nitride and indium arsenide single quantum dots, are used to
image and characterize, by means of micro-photoluminescence spectroscopy, the
individual optical modes confined by photonic membranes with Vogel-spiral
geometry. By studying the statistics of the measured optical resonances, in
partnership with rigorous multiple scattering theory, we observe log-normal
distributions and report quality factors with values as high as 2201+/-443.
Building on the strong light confinement achieved in this novel platform, we
further investigate the coupling of single semiconductor quantum dots to the
confined optical modes. Our results show cavity quantum electrodynamics effects
providing strong modifications of the spontaneous emission decay of single
optical transitions: we show control of the decay lifetime of single emitters
with a dynamic range reaching 20. Our findings improve the understanding of the
fundamental physical properties of light-emitting Vogel-spiral systems, show
their application to quantum photonic devices, and form the basis for the
further development of classical and quantum active devices on a chip.
- Abstract（参考訳）: チップ上での光-光相互作用の強化は、ナノ光学および量子光学効果の研究や、古典的および量子フォトニクス、センシングとエネルギー収穫の応用など統合デバイスの実現において最重要である。
エンジニアリングされたナノデバイスは、光の効率的な閉じ込めと単一エミッタの自然放出ダイナミクスの制御を可能にし、空洞量子力学の実験と古典的および量子的光源の開発に不可欠である。
本稿では, 窒化ケイ素およびヒ素で作製したバイオインスパイアされた非周期デバイスを用いて, 光物質相互作用の増強とチップへのパーセル効果の実証を行った。
内部光源、すなわち窒化ケイ素とヒ素の単一量子ドットにおける光学活性欠陥中心は、マイクロフォトルミネッセンス分光法(英語版)により、フォゲル-スピラル幾何でフォトニック膜に閉じ込められた個々の光学モードを撮像し特徴付けるために用いられる。
測定された光共鳴の統計を厳密な多重散乱理論と組み合わせることで、対数正規分布を観測し、2201+-443以上の値を持つ品質因子を報告した。
この新しいプラットフォームで達成された強い光閉じ込めに基づき、単一半導体量子ドットと閉じ込められた光学モードの結合をさらに検討する。
以上の結果から, 単一光遷移の自然発振減衰の強い変化をもたらす空洞量子力学的効果が示された。
本研究は,発光型Vogel-Spiralシステムの基本物理特性の理解を改善し,量子フォトニックデバイスへの応用を示し,チップ上での古典的および量子アクティブデバイスの発展の基盤を形成する。
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