具有多共振的介质-等离子体混合纳米天线用于亚波长光子源

由光学纳米天线诱导的量子点光致发光增强已得到广泛研究，但在优化和微型化此类结构方面仍有显著兴趣，尤其是伴随实验演示时。大多数实现采用等离子体平台，一些也使用全介质纳米天线，但介质-等离子体（亚波长）混合纳米结构极少被探索。在本文中，我们提出并演示了与局域量子点发射体耦合的单亚波长介质-等离子体混合光学纳米天线，其在光泵浦下构成高效且明亮的单向光子源。为此，我们设计了一个置于金镜之上、中间留有10 nm间隙的硅纳米环，其中嵌入了胶体量子点组装体。该结构同时支持（辐射）天线模式和（非辐射）间隙模式共振，我们将其用于双重目的：将量子点发射的光耦合到远场并具有面外方向性，以及增强光泵对量子点的激发。此外，通过简单调节几何参数（如环的内外直径）可实现对共振光谱位置近乎独立的控制，使我们能方便地针对量子点的发射和吸收波长调节这些共振。利用所提出的架构，我们在实验中获得了平均高达 $654\times$ 倍的荧光增强因子，主要归因于高辐射效率，并伴随光致发光以样品平面法线方向 $\pm 17\degree$ 的锥角定向发射。我们认为此处提出的方案对下一代发光器件是可行且相关的。