論文の概要: Photonic Gap Antennas Based on High Index-Contrast Slot-Waveguides
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.08814v1
- Date: Tue, 16 Mar 2021 02:52:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-07 23:49:40.653488
- Title: Photonic Gap Antennas Based on High Index-Contrast Slot-Waveguides
- Title（参考訳）: 高指数コントラストスロット導波路を用いたフォトニックギャップアンテナ
- Authors: Ashutosh Patri, K\'evin G. Cogn\'ee, Louis Haeberl\'e, Vinod Menon,
Christophe Caloz, St\'ephane K\'ena-Cohen
- Abstract要約: フォトニックギャップアンテナは、プラズモンアンテナと同等の光-物質相互作用強度を提供することができる。
PGAは、スペクトル帯域のかなりの部分にわたって一方向外放射を提供することができる。
PGAは空気ギャップに$sim$3000ドル、CYTOPギャップに$sim$1200ドルによって、近接場強度の強化につながる可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5872014229110213
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optical antennas made of low-loss dielectrics have several advantages over
plasmonic antennas, including high radiative quantum efficiency, negligible
heating and excellent photostability. However, due to weak spatial confinement,
conventional dielectric antennas fail to offer light-matter interaction
strengths on par with those of plasmonic antennas. We propose here an
all-dielectric antenna configuration that can support strongly confined modes
($V\sim10^{-4}\lambda_{0}^3$) while maintaining unity antenna quantum
efficiency. This configuration consists of a high-index pillar structure with a
transverse gap that is filled with a low-index material, where the contrast of
indices induces a strong enhancement of the electric field perpendicular to the
gap. We provide a detailed explanation of the operation principle of such
Photonic Gap Antennas (PGAs) based on the dispersion relation of symmetric and
asymmetric horizontal slot-waveguides. To discuss the properties of PGAs, we
consider silicon pillars with air or CYTOP as the gap-material. We show by
full-wave simulations that PGAs with an emitter embedded in the gap can enhance
the spontaneous emission rate by a factor of $\sim$1000 for air gaps and
$\sim$400 for CYTOP gaps over a spectral bandwidth of $\Delta\lambda\approx300$
nm at $\lambda=1.25$ \textmu m. Furthermore, the PGAs can be designed to
provide unidirectional out-of-plane radiation across a substantial portion of
their spectral bandwidth. This is achieved by setting the position of the gap
at an optimized off-centered position of the pillar so as to properly break the
vertical symmetry of the structure. We also demonstrate that, when acting as
receivers, PGAs can lead to a near-field intensity enhancement by a factor of
$\sim$3000 for air gaps and $\sim$1200 for CYTOP gaps.
- Abstract（参考訳）: 低損失誘電体を用いた光アンテナは、高放射能量子効率、無視可能な加熱、優れた光安定性など、プラズモニックアンテナよりもいくつかの利点がある。
しかし、空間閉じ込めが弱いため、従来の誘電体アンテナはプラズモニックアンテナと同等の光-物質相互作用強度を提供できない。
ここでは,強拘束モード(v\sim10^{-4}\lambda_{0}^3$)をサポートしつつ,単一アンテナの量子効率を維持できる全誘電体アンテナ構成を提案する。
この構成は、低インデックス材料で満たされた横ギャップを有する高インデックス柱構造からなり、インデックスのコントラストがギャップに垂直な電界の強い増強を誘導する。
本稿では、対称及び非対称水平スロット導波路の分散関係に基づいて、このようなフォトニックギャップアンテナ(PGA)の動作原理を詳細に説明する。
PGAの特性を議論するため, シリコン柱と空気, CYTOPをギャップ材料として検討した。
空隙にエミッタを埋め込んだPGAは、空隙に$\sim$1000、CYTOPギャップに$\sim$400、スペクトル帯域に$\Delta\lambda\approx300$ nm、$\lambda=1.25$ \textmu mで$\sim$400で自然放出率を高めることができることを示す。
さらに、PGAはスペクトル帯域のかなりの部分にわたって一方向外放射を提供するように設計されている。
これにより、ギャップの位置を最適化された柱のオフセンター位置に設定し、構造物の垂直対称性を適切に破壊する。
また, 受信機として機能する場合, PGAは空気ギャップの$\sim$3000, CYTOPギャップの$\sim$1200により, 近接場強度向上につながることを示した。
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