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表面等离激元光学和量子体系的交叉研究
第五章 表面等离激元光学和量子体系的交叉研究 1 古英 ygu@pku.edu.cn 2012年4 月 结合了光子学和电子学的优点，通过将光场压缩在纳米尺度， 允许在纳米尺度上研究光与物质相互作用。 表面等离激元本质上是电磁波，具有波粒二象性。 在未来的计算机中光子能够代替电子吗？光子回路体积小， 易于集成，损耗小，传的快，但是光子间没有相互作用，实 现量子操控比较困难。光子与表面等离激元间的交换弥补了 这一不足，可在单光子探测，纠缠，可控相位门，量子的非 线性效应方面有应用。 2 Surface plasmon polariton (SPP) SPP: collective oscillations of free electrons evanescent EM mode bound to surface Localized SP or SPR: localized oscillation strong local field ultrasmall optical mode volume Vm 3 William L. Barnes, Alain Dereux Thomas W. Ebbesen, nature, 424, 824 (2003); V. Zayatsa, et al, Phys Rep. 2005, 408:131–314; What’s new for quantum emitters with ultrasmall optical mode Vm? Weak coupling: Purcell factor F=γ/ γ0 anisotropic electric mode density of oscillations anisotropic optical mode density anisotropic decay rates enhanced (F1)or supressed (F1) spontaneous emission at subwavelength scale Strong coupling: Cavity QED 1 Vm is extremely small g (∝ ) is very large Vm Q is not high due to loss Low-light level nonlinear optics R. R. Chance, A. Prock, and R. Silbey, J. Chem. Phys.62, 2245 (1975); D. E. Chang et al., Phys. 4 Rev. Lett. 97, 053002 (2006); Edo Waks and Deepak Sridharan, Phys. Rev. A, 82, 043845 (2010) 表面等离激元如何介入和量子体系的相互作用？ Weak coupling: 1）在表面等离激元结构的近场区域内为偶极跃迁提供了较强 的各向异性Purcell 系数环境（态密度） 2）激发的表面等离激元是局域的电磁波，可以发生在纳米尺
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