量子发射体寿命的普利塞普增强调制作为局部折射率变化探针
光学
2025-10-22 v4 应用物理
量子物理
摘要
嵌入光子集成电路(PIC)腔体中的量子发射体提供了一种在纳米尺度上进行无标签折射率传感的可扩展平台。我们提出并理论分析了一种基于普利塞普增强调制发射体自发辐射寿命的感知机制，使其能够通过时间相关单光子计数(TCSPC)检测折射率变化。与传统共振位移传感器不同，我们的方法利用寿命灵敏度对局部光学态密度(LDOS)变化的敏感性，提供了一种与强度无关、不可分辨的、兼容CMOS的模式。我们推导了将折射率扰动与相对寿命位移关联的解析表达式，并识别出一种具有线性高灵敏度对小扰动的最优非共振区域。以硅PIC为例，我们显示检测极限可达 RIU，适用于Q=-腔体，匹配或超过等离子体和微型谐振器传感器，且仪器更简单。长寿命发射体如硅中的T中心允许使用标准TCSPC系统分辨亚纳秒位移。虽然硅基量子发射体在室温下运行尚未得到证实，但该概念是通用的，可应用于其他PIC平台，包括diamond、硅氮化物和硅碳化物基系统，其中Such operation is established。
引用
@article{arxiv.2504.14342,
title = {Purcell-enhanced lifetime modulation of quantum emitters as a probe of local refractive index changes},
author = {Yevhenii Morozov and Anatoliy Lapchuk},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.14342},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 22 equations, 7 figures, 3 tables, 30 references, 1 annex