生物启发非周期纳米光子器件中单量子发射体的调控

在芯片上增强光与物质的相互作用对于研究纳米和量子光学效应以及实现集成器件（例如用于经典与量子光子学、传感和能量收集应用）至关重要。工程化纳米器件能够实现光的高效限制以及单发射体自发辐射动力学的调控，这对于腔量子电动力学实验以及经典和量子光源的发展至关重要。在此，我们报道了基于氮化硅和砷化镓制备的生物启发非周期器件在芯片上增强光与物质相互作用和珀塞尔效应的演示。内部光源，即氮化硅中的光活性缺陷中心和砷化铟单量子点，通过微光致发光光谱用于对具有 Vogel 螺旋几何结构的光子薄膜所限制的各个光学模式进行成像和表征。通过研究测得光学共振的统计特性，并结合严格的多重散射理论，我们观察到对数正态分布，并报道了高达 2201±443 的品质因数。基于该新颖平台中实现的强限光能力，我们进一步研究了单半导体量子点与受限光学模式的耦合。我们的结果显示出腔量子电动力学效应，对单光学跃迁的自发辐射衰减提供了强烈修正：我们展示了对单发射体衰减寿命的调控，其动态范围达到 20。我们的发现增进了对发光 Vogel 螺旋系统基本物理特性的理解，展示了其在量子光子器件中的应用，并为芯片上经典和量子有源器件的进一步发展奠定了基础。