等离激元纳米结构附近量子发射体的自发衰变

我们发展了位于支持局域表面等离激元的金属-介电结构附近的量子发射体（QE）自发衰变理论。若等离激元共振调谐至接近 QE 发射频率，则由于能量从 QE 转移到局域等离激元模式并随后由等离激元天线发射光子，发射得到增强。发射率由等离激元与辐射场的耦合及金属中的欧姆损耗之间的密切相互作用决定。此处我们发展包含等离激元与辐射相互作用的等离激元格林函数方法，以获得任意等离激元纳米结构中局域等离激元模式的辐射衰变率和光学极化率的显式表达式。在此方法中，我们通过将等离激元模式体积与表征等离激元场限制的等离激元模式密度相关联，提供了等离激元模式体积的一致定义，并恢复了标准腔形式的 Purcell 因子，但现针对等离激元系统。我们表明，对于放置在小金属纳米结构尖锐角附近“热点”处的 QE，等离激元模式体积随金属体积缩放，同时对靠近尖角的程度非常敏感。最后，我们推导了任意纳米等离激元系统中辐射功率谱的增强因子，并将其与自发衰变率的 Purcell 因子相关联。我们以位于金纳米棒尖端附近的 QE 的数值例子说明了我们的结果。