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物理学 > 光学

arXiv:2412.01018 (physics)
[提交于 2024年12月2日 ]

标题: 蓝光的垂直发射来自支持连续谱中束缚态的对称性破缺等离子纳米腔-发射器系统

标题: Vertical Emission of Blue Light from a Symmetry Breaking Plasmonic Nanocavity-Emitter System Supporting Bound States in the Continuum

Authors:Yongqi Chen, Jiayi Liu, Jiang Hu, Yi Wang, Xiumei Yin, Yangzhe Guo, Nan Gao, Zhiguang Sun, Haonan Wei, Haoran Liu, Wenxin Wang, Bin Dong, Yurui Fang
摘要: 光子连续谱中的束缚态(BICs)概念,最初在结构化金属表面腔体中提出,为设计具有高品质(高-Q)因子的等离子体开放共振腔提供了关键机制,在等离子体纳米光子学中取得了显著进展。 然而,等离子体纳米腔的两大瓶颈问题:由于金属的强固有欧姆损耗,导致量子发射器的发射增强和大光束发散。 在此,我们提出并实现了一种具有{\sigma }对称性破缺的等离子体蜂窝纳米腔(PHC),其支持具有高-Q因子的准-BIC共振模式。 我们的阳极氧化工程策略打破了面外对称性,同时保持了面内对称性,使PHC能够表现出集体等离子体晶格共振(PLR)耦合,并实现超过106的Q因子。 实验上,我们将钙钛矿量子点(PQDs)与PHC耦合,展示了其在蓝光波段发射特性和光束质量的有效调控,通过抑制欧姆损耗和量子发射器的寿命,实现了32倍的发射增强,同时在2.556-2.638 eV区域实现了垂直发射,远场呈现六边形光束形状,在最佳耦合条件下半高全宽为12.6度。 此外,我们通过连续调节系统参数,展示了由Zak相位跃迁表征的拓扑带反转,证实了由于PLR耦合,PHC支持拓扑非平凡的q-BIC。 PHC呈现出一种有前途的下一代高亮度纳米尺度光源矩阵,可直接扩展以覆盖从紫外到红外的广泛波长范围。
摘要: The concept of photonic bound states in the continuum (BICs), introduced in structured metallic surface cavities, provides a crucial mechanism for designing plasmonic open-resonant cavities with high quality (high-Q) factors, making significant advances in plasmonic nanophotonics. However, the two major bottlenecks for plasmonic nanocavities: enhancing emission and big beam divergence for quantum emitters, due to the strong intrinsic Ohmic losses of metals. Here, we propose and realize a {\sigma}h symmetry-breaking plasmonic honeycomb nanocavities (PHC) that support quasi-BIC resonance modes with high-Q factors. Our anodic oxidation-engineered strategy breaks out-of-plane symmetry while preserving in-plane symmetry, enabling the PHC to exhibit collective plasmonic lattice resonances (PLR) couplings and achieve Q-factors exceeding 106. Experimentally, we couple perovskite quantum dots (PQDs) to the PHC, demonstrating effective tuning of their emission properties and beam quality in the blue spectral region, achieving a 32-fold emission enhancement by suppress Ohmic loss and the life time of quantum emitters, simultaneously realize vertical emission in the 2.556 - 2.638 eV region, with a far-field hexagonal beam shape and a full width at half maximum of 12.6 degree under optimal coupling conditions. Furthermore, we demonstrate topological band inversion characterized by Zak phase transitions by continuously tuning the system parameters, confirming that the PHC supports topologically non-trivial q-BIC due to PLR coupling. The PHC presents itself as a promising next-generation, high-brightness nanoscale light source matrix, which can be directly scaled up to cover a wide wavelength range from UV to IR.
评论: 16页,5图
主题: 光学 (physics.optics) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
MSC 类: 78-05
引用方式: arXiv:2412.01018 [physics.optics]
  (或者 arXiv:2412.01018v1 [physics.optics] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.01018
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yurui Fang PhD [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 2 日 00:32:36 UTC (836 KB)
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