具有高度协同等离子体-光子耦合的纳米天线-微腔杂化结构

纳米天线通过将光能量聚焦到远小于衍射极限以下，提供了对光的最终空间控制，但其品质因子（Q）受限于大的辐射和耗散损耗。另一方面，介电微腔能够通过延长光子存储时间产生高 Q 因子，但具有衍射极限的光学模式体积。在此，我们连接这两个世界，通过研究一个典型的杂化系统，该系统将充当纳米天线的等离子体金纳米棒与作为低损耗微腔的同共振介电光子晶体（PC） slab 集成在一起，更重要的是，通过协同结合两者的优势，产生比单独实体强得多的局部场增强。为了实现这两类截然相反的纳米光子谐振元件之间的协同，我们表明协调纳米天线的耗散损耗和低损耗微腔的 Q 因子至关重要。与使用法布里-珀罗谐振腔的天线-腔耦合方法（已证明可成功谐振放大天线局部场强）相比，我们从理论和实验上表明，与中等 Q 的 PC 导模共振耦合可产生至少大一个数量级的放大。这种协同纳米天线-微腔杂化策略为进一步增强纳米尺度光-物质相互作用开辟了新机遇，惠及非线性光学、纳米激光器、等离子体热载流子技术以及表面增强拉曼和红外吸收光谱等诸多领域。