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扫描单量子发射器荧光寿命成像:光子态局部密度的定量分析。

Scanning single quantum emitter fluorescence lifetime imaging: quantitative analysis of the local density of photonic states.

机构信息

Humboldt-Universität zu Berlin , Institut für Physik, AG Nanooptik, D-12489 Berlin, Germany.

出版信息

Nano Lett. 2014 May 14;14(5):2623-7. doi: 10.1021/nl500460c. Epub 2014 Apr 8.

DOI:10.1021/nl500460c
PMID:24694035
Abstract

Their intrinsic properties render single quantum systems as ideal tools for quantum enhanced sensing and microscopy. As an additional benefit, their size is typically on an atomic scale that enables sensing with very high spatial resolution. Here, we report on utilizing a single nitrogen vacancy center in nanodiamond for performing three-dimensional scanning-probe fluorescence lifetime imaging microscopy. By measuring changes of the single emitter's lifetime, information on the local density of optical states is acquired at the nanoscale. Three-dimensional ab initio discontinuous Galerkin time-domain simulations are used in order to verify the results and to obtain additional insights. This combination of experiment and simulations to gather quantitative information on the local density of optical states is of direct relevance for the understanding of fundamental quantum optical processes as well as for the engineering of novel photonic and plasmonic devices.

摘要

它们的固有特性使单量子系统成为量子增强传感和显微镜的理想工具。此外,它们的尺寸通常在原子尺度上,这使得能够以非常高的空间分辨率进行传感。在这里,我们报告了利用纳米金刚石中的单个氮空位中心进行三维扫描探针荧光寿命成像显微镜。通过测量单个发射器寿命的变化,可以在纳米尺度上获取局部光态密度的信息。使用三维从头算不连续 Galerkin 时域模拟来验证结果并获得额外的见解。这种实验和模拟相结合的方法可用于收集局部光态密度的定量信息,这对于理解基本的量子光学过程以及设计新型光子和等离子体器件具有直接的相关性。

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