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Beaming light from a quantum emitter with a planar optical antenna

Light(Science & Applications) 2016年第1期5卷 20-27页

作者： Simona Checcucci Pietro Lombardi sahrish rizvi Fabrizio Sgrignuoli Nico Gruhler Frederik BC Dieleman Francesco S Cataliotti Wolfram HP Pernice Mario Agio Costanza Toninelli European Laboratory for Nonlinear Spectroscopy(LENS) 50019 Sesto FiorentinoItaly National Institute of Optics(CNR-INO) 50019 Sesto FiorentinoItaly Dipartimento di Fisica ed Astronomia Universitàdegli Studi di Firenze50019 Sesto FiorentinoItaly Center for Quantum Science and Technology in Arcetri(QSTAR) 50125 FlorenceItaly Institute of Nanotechnology Karlsruhe Institute of Technology(KIT)76344 Eggenstein-LeopoldshafenGermany Institute of Physics University of Muenster48149 MuensterGermany The Blackett Laboratory Department of PhysicsImperial College LondonLondon SW72AZUK Laboratory of Nano-Optics University of Siegen57072 SiegenGermany

The efficient interaction of light with quantum emitters is crucial to most applications in nano and quantum photonics,such as sensing or quantum information *** excitation and photon extraction are particularly important for the weak signals emitted by a single atom or *** works have introduced novel collection strategies,which demonstrate that large efficiencies can be achieved by either planar dielectric antennas combined with high numerical aperture objectives or optical nanostructures that beam emission into a narrow angular ***,the first approach requires the use of elaborate collection optics,while the latter is based on accurate positioning of the quantum emitter near complex nanoscale architectures;hence,sophisticated fabrication and experimental capabilities are *** we present a theoretical and experimental demonstration of a planar optical antenna that beams light emitted by a single molecule,which results in increased collection efficiency at small angles without stringent requirements on the emitter *** proposed device exhibits broadband performance and is spectrally scalable,and it is simple to fabricate and therefore applies to a wide range of quantum *** design finds immediate application in spectroscopy,quantum optics and sensing.

关键词： collection efficiency fluorescence microscopy optical nano-antennas single molecule

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