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用于从金刚石色心高效收集光子的金属-电介质天线。

Metal-dielectric antennas for efficient photon collection from diamond color centers.

作者信息

Karamlou Amir, Trusheim Matthew E, Englund Dirk

出版信息

Opt Express. 2018 Feb 5;26(3):3341-3352. doi: 10.1364/OE.26.003341.

DOI:10.1364/OE.26.003341
PMID:29401863
Abstract

A central challenge in quantum technologies based on atom-like defects is the efficient collection of the emitter's fluorescence. Optical antennas are appealing as they offer directional emission together with spontaneous emission rate enhancement across a broad emitter spectrum. In this work, we introduce and optimize metal-dielectric nanoantenna designs recessed into a diamond substrate and aligned with quantum emitters. We analyze tradeoffs between external quantum efficiency, collection efficiency, radiative Purcell factor, and overall collected photon rate. This analysis shows that an optimized metal-dielectric hybrid structure can increase the collected photon rate from a nitrogen vacancy center by over two orders of magnitude compared to a bare emitter.

摘要

基于类原子缺陷的量子技术面临的一个核心挑战是高效收集发射器的荧光。光学天线很有吸引力,因为它们能实现定向发射,并在较宽的发射器光谱范围内提高自发发射率。在这项工作中,我们引入并优化了嵌入金刚石衬底并与量子发射器对齐的金属-电介质纳米天线设计。我们分析了外部量子效率、收集效率、辐射珀塞尔因子和总收集光子率之间的权衡。该分析表明,与裸发射器相比,优化后的金属-电介质混合结构可将氮空位中心的收集光子率提高两个数量级以上。

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