Nghiên cứu quang học về các nguồn phát đơn lẻ đã trở nên phổ biến đối với nhiều hệ thống, từ nguyên tử và ion trong pha khí đến phân tử, tâm màu và chấm lượng tử trong trạng thái rắn. Một hướng đi mới trong quang học lượng tử thực nghiệm là khai thác kiến ​​thức này để lắp ráp các cấu trúc xác định rõ ràng của các nguồn phát ghép nối quang học nhằm nghiên cứu vật lý lượng tử đa thể. Tuy nhiên, các phương pháp thông thường thông qua hội tụ mạnh hoặc điện động lực học lượng tử trong khoang cộng hưởng không có khả năng mở rộng tốt. Chúng tôi đã phát triển một giao diện ánh sáng-vật chất có thể mở rộng bằng cách ghép nối các phân tử thuốc nhuộm hữu cơ với các ống dẫn sóng điện môi dưới bước sóng (ống dẫn nano). Diện tích chế độ hiệu dụng nhỏ của chúng tạo ra hiệu suất ghép nối nguồn phát đơn lẻ đáng kể với giá trị dự kiến ​​lên đến 35%. Bằng cách kết hợp kính hiển vi độ phân giải cao với kích thích huỳnh quang và quang phổ huỳnh quang cộng hưởng, chúng tôi nghiên cứu hệ thống ống dẫn nano-nguồn phát ghép nối. Kết quả của chúng tôi chứng minh tính linh hoạt của hình học để đạt được mật độ quang học cao mà vẫn duy trì khả năng điều khiển từng nguồn phát đơn lẻ. Chúng tôi cho thấy rằng chúng tôi có thể ghép nối đồng thời và mạch lạc vài nghìn phân tử vào một chế độ dẫn hướng duy nhất, trong khi các cộng hưởng gần như bị giới hạn bởi thời gian sống của chúng được phân bố không đồng nhất.

Abstract:

Optical studies of single emitters have become routine for a number of systems ranging from atoms and ions in the gas phase to molecules, color centers and quantum dots in the solid-state. A new direction in experimental quantum optics is to exploit this know-how to assemble well-defined arrangements of optically coupled emitters for investigating quantum many-body physics. However, common approaches via strong focusing or cavity quantum electrodynamics do not scale favorably. We developed a scalable light-matter interface by coupling organic dye molecules to subwavelength dielectric waveguides (nanoguides). Their small effective mode area gives rise to substantial single-emitter coupling efficiencies with expected values up to 35%. By combining high-resolution microscopy with fluorescence excitation and resonance fluorescence spectroscopy, we study the coupled nano-guide-emitter system. Our results demonstrate the versatility of the geometry for reaching high optical densities and yet maintaining the addressability of each single emitter. We show that we can couple several thousand molecules simultaneously and coherently to a single guided mode, while their nearly lifetime-limited resonances are inhomogeneously distributed.

Ngôn ngữ:	eng
Tác giả:	Türschmann, Pierre
Thông tin nhan đề:	Coherent Coupling of Single Organic Dye Molecules to Optical Nanoguides
Nhà xuất bản:	FAU University Press
Loại hình:	Tài nguyên giáo dục mở / Bộ sưu tập: Kỹ thuật hóa học
Bản quyền:	https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Nguồn gốc:	https://directory.doabooks.org/handle/20.500.12854/170172
Mô tả vật lý:	162tr
Năm xuất bản:	2018