افزايش نرخ گذار تابش فلورسانس با بهره كوانتومي بالا با استفاده از فرامواد هذلولوي چندلايه‌اي

Fluorescence Decay Rate Enhancement With High Quantum Efficiency Using Multilayer Hyperbolic Metamaterials

افزايش نرخ گذارخودبخودي تابشگرهاي كوانتومي با استفاده از نانوساختارها، با توجه به رشد روز افزون علوم و تكنولوژي برهمكنش نور-ماده در ابعاد نانومتري، در سال هاي اخير بسيار مورد مطالعه و كاربرد قرار گرفته است. فرامواد هذلولوي بدليل فراهم آوردن چگالي حالت هاي فوتوني زياد، از جمله افزاره #38;shy;هاي قابل توجه در اين زمينه به حساب مي #38;rlm;آيند. در اين مقاله، با استفاده از شبيه سازي FDTD و محاسبات تابع گرين، به بررسي چگالي حالت #38;shy;هاي فوتوني افزاره فراماده هذلولوي متشكل از6 لايه متناوب طلا-آلومينا پرداخته و نرخ گذار خودبخودي به تفكيك گذار غيرتابشي و تابشي (فلورسانس) براي تابشگر كوانتومي در مجاورت ساختار، محاسبه شده است. نتايج افزايش نرخ گذارتابشي با فاكتور 10 برابر و بهره كوانتومي حدود 50 درصد را نشان مي #38;rlm;دهد.

Decay rate enhancement of quantum emitters using nanostructures have been widely studied in the last decades, thanks to the development of science and technology of light-matter interaction in nanoscales. Hyperbolic metamaterials (HMMs) as artificial nanostructures providing high photonic density of states (PDOS) are highly promising in this regard. In the present paper, we investigate PDOS of a hyperbolic metamaterial component consisting of 6 alternating gold-alumina layers, using FDTD simulation and the Green s function. Non-radiative and radiative (fluorescence) spontaneous decay rate enhancement of a quantum emitter nearby the structure is calculated. The results indicate the fluorescence enhancement of a factor of 10 having quantum efficiency of about 50 percent.