Abstract

The rate of single-photon generation by quantum emitters (QEs) can be enhanced by placing a QE inside a resonant structure. This structure can represent an all-dielectric micro-resonator or waveguide and thus be characterized by ultra-low loss and dimensions on the order of wavelength. Or it can be a metal nanostructure supporting localized or propagating surface plasmon-polariton modes that are of subwavelength dimensions, but suffer from strong absorption. In this work, we develop a physically transparent analytical model of single-photon emission in resonant structures and show unambiguously that, notwithstanding the inherently high loss, the external emission rate can be enhanced with plasmonic nanostructures by two orders of magnitude compared to all-dielectric structures. Our analysis provides guidelines for developments of new plasmonic configurations and materials to be exploited in quantum plasmonics.

© 2016 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article
OSA Recommended Articles
Spontaneous decay of a single quantum dot coupled to a metallic slot waveguide in the presence of leaky plasmonic modes

Yuntian Chen, Niels Gregersen, Torben Roland Nielsen, Jesper Mørk, and Peter Lodahl
Opt. Express 18(12) 12489-12498 (2010)

Enhanced and directional single-photon emission in hyperbolic metamaterials

Ward D. Newman, Cristian L. Cortes, and Zubin Jacob
J. Opt. Soc. Am. B 30(4) 766-775 (2013)

Nanostructures for surface plasmons

Junxi Zhang and Lide Zhang
Adv. Opt. Photon. 4(2) 157-321 (2012)

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. J. L. O’Brien, Science 318, 1567 (2007).
    [Crossref]
  2. M. Pelton, Nat. Photonics 9, 427 (2015).
    [Crossref]
  3. L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, 2nd ed. (Cambridge University, 2012).
  4. M. Fox, Quantum Optics: An Introduction (Oxford University, 2006).
  5. J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).
  6. T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).
  7. M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).
  8. F. Wang and Y. R. Shen, Phys. Rev. Lett. 97, 206806 (2006).
    [Crossref]
  9. S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007).
  10. A. Trügler and U. Hohenester, Phys. Rev. B 77, 115403 (2008).
  11. C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
    [Crossref]
  12. A. F. Koenderink, Opt. Lett. 35, 4208 (2010).
    [Crossref]
  13. G. Sun, J. B. Khurgin, and R. A. Soref, J. Opt. Soc. Am. B 25, 1748 (2008).
    [Crossref]
  14. M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
    [Crossref]
  15. T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
    [Crossref]
  16. K. L. Tsakmakidis, R. W. Boyd, E. Yablonovitch, and X. Zhang, Opt. Express 24, 17916 (2016).
    [Crossref]
  17. R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).
  18. R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
    [Crossref]
  19. T. Baba, Nat. Photonics 2, 465 (2008).
    [Crossref]
  20. H. C. Nguyen, S. Hashimoto, M. Shinkawa, and T. Baba, Opt. Express 20, 22465 (2012).
    [Crossref]
  21. Z. Han and S. I. Bozhevolnyi, Rep. Prog. Phys. 76, 016402 (2013).
    [Crossref]
  22. D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
    [Crossref]
  23. D. K. Gramotnev and S. I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics 8, 13 (2013).
    [Crossref]
  24. J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
    [Crossref]
  25. D. F. P. Pile and D. K. Gramotnev, Appl. Phys. Lett. 89, 041111 (2006).
    [Crossref]
  26. E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
    [Crossref]
  27. J. B. Khurgin, Nat. Nanotechnol. 10, 2 (2015).
    [Crossref]

2016 (3)

T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
[Crossref]

K. L. Tsakmakidis, R. W. Boyd, E. Yablonovitch, and X. Zhang, Opt. Express 24, 17916 (2016).
[Crossref]

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

2015 (3)

M. Pelton, Nat. Photonics 9, 427 (2015).
[Crossref]

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

J. B. Khurgin, Nat. Nanotechnol. 10, 2 (2015).
[Crossref]

2013 (4)

D. K. Gramotnev and S. I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics 8, 13 (2013).
[Crossref]

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

Z. Han and S. I. Bozhevolnyi, Rep. Prog. Phys. 76, 016402 (2013).
[Crossref]

2012 (1)

2010 (1)

2009 (2)

M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
[Crossref]

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

2008 (4)

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

T. Baba, Nat. Photonics 2, 465 (2008).
[Crossref]

G. Sun, J. B. Khurgin, and R. A. Soref, J. Opt. Soc. Am. B 25, 1748 (2008).
[Crossref]

A. Trügler and U. Hohenester, Phys. Rev. B 77, 115403 (2008).

2007 (1)

J. L. O’Brien, Science 318, 1567 (2007).
[Crossref]

2006 (3)

F. Wang and Y. R. Shen, Phys. Rev. Lett. 97, 206806 (2006).
[Crossref]

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

D. F. P. Pile and D. K. Gramotnev, Appl. Phys. Lett. 89, 041111 (2006).
[Crossref]

2004 (2)

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Akselrod, G. M.

T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
[Crossref]

Alaverdyan, Y.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Arnold, M. D.

M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
[Crossref]

Baba, T.

Barrow, S. J.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Bartal, G.

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

Baumberg, J. J.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Benz, F.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Bermúdez-Ureña, E.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Blaber, M. G.

M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
[Crossref]

Boyd, R. W.

Bozhevolnyi, S. I.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Z. Han and S. I. Bozhevolnyi, Rep. Prog. Phys. 76, 016402 (2013).
[Crossref]

D. K. Gramotnev and S. I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics 8, 13 (2013).
[Crossref]

Chang, D. E.

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

Chikkaraddy, R.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

de Nijs, B.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Demetriadou, A.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Deppe, D. G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Ell, C.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Forchel, A.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Ford, M. J.

M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
[Crossref]

Fox, M.

M. Fox, Quantum Optics: An Introduction (Oxford University, 2006).

Fox, P.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

García-Vidal, F. J.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Geiselmann, M.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Gibbs, H. M.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Gonzalez-Ballestero, C.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Gramotnev, D. K.

D. K. Gramotnev and S. I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics 8, 13 (2013).
[Crossref]

D. F. P. Pile and D. K. Gramotnev, Appl. Phys. Lett. 89, 041111 (2006).
[Crossref]

Han, Z.

Z. Han and S. I. Bozhevolnyi, Rep. Prog. Phys. 76, 016402 (2013).
[Crossref]

Hashimoto, S.

Hecht, B.

L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, 2nd ed. (Cambridge University, 2012).

Hemmer, P. R.

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

Hendrickson, J.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Hess, O.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Hoang, T. B.

T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
[Crossref]

Hofmann, C.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Hohenester, U.

A. Trügler and U. Hohenester, Phys. Rev. B 77, 115403 (2008).

Holmgaard, T.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Hugonin, J. P.

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

Keldysh, L. V.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Khitrova, G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Khurgin, J. B.

Kim, M. S.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Koenderink, A. F.

Kuhn, S.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Kulakovskii, V. D.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Lalanne, P.

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

Lee, J.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Löffler, A.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Lukin, M. D.

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

Maier, S. A.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007).

Maksymov, I. S.

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

Marty, R.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

McEnery, K. R.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Mikkelsen, M. H.

T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
[Crossref]

Moreno, E.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Nguyen, H. C.

Novotny, L.

L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, 2nd ed. (Cambridge University, 2012).

O’Brien, J. L.

J. L. O’Brien, Science 318, 1567 (2007).
[Crossref]

Oulton, R. F.

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

Özdemir, S. K.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Pelton, M.

M. Pelton, Nat. Photonics 9, 427 (2015).
[Crossref]

Pile, D. F. P.

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

D. F. P. Pile and D. K. Gramotnev, Appl. Phys. Lett. 89, 041111 (2006).
[Crossref]

Qiu, M.

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

Quidant, R.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Radko, I. P.

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Reinecke, T. L.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Reithmaier, J. P.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Reitzenstein, S.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Rosta, E.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Rupper, G.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Sauvan, C.

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

Scherer, A.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Scherman, O. A.

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

Sek, G.

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

Shchekin, O. B.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Shen, Y. R.

F. Wang and Y. R. Shen, Phys. Rev. Lett. 97, 206806 (2006).
[Crossref]

Shinkawa, M.

Soref, R. A.

Sørensen, A. S.

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

Sun, G.

Tame, M. S.

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Tian, J.

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

Trügler, A.

A. Trügler and U. Hohenester, Phys. Rev. B 77, 115403 (2008).

Tsakmakidis, K. L.

Wang, F.

F. Wang and Y. R. Shen, Phys. Rev. Lett. 97, 206806 (2006).
[Crossref]

Yablonovitch, E.

Yan, W.

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

Yoshie, T.

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

Yu, S.

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

Zhang, X.

K. L. Tsakmakidis, R. W. Boyd, E. Yablonovitch, and X. Zhang, Opt. Express 24, 17916 (2016).
[Crossref]

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

Appl. Phys. Lett. (2)

J. Tian, S. Yu, W. Yan, and M. Qiu, Appl. Phys. Lett. 95, 013504 (2009).
[Crossref]

D. F. P. Pile and D. K. Gramotnev, Appl. Phys. Lett. 89, 041111 (2006).
[Crossref]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

J. Phys. Chem. C (1)

M. G. Blaber, M. D. Arnold, and M. J. Ford, J. Phys. Chem. C 113, 3041 (2009).
[Crossref]

Nano Lett. (1)

T. B. Hoang, G. M. Akselrod, and M. H. Mikkelsen, Nano Lett. 16, 270 (2016).
[Crossref]

Nat. Commun. (1)

E. Bermúdez-Ureña, C. Gonzalez-Ballestero, M. Geiselmann, R. Marty, I. P. Radko, T. Holmgaard, Y. Alaverdyan, E. Moreno, F. J. García-Vidal, S. I. Bozhevolnyi, and R. Quidant, Nat. Commun. 6, 7883 (2015).
[Crossref]

Nat. Nanotechnol. (1)

J. B. Khurgin, Nat. Nanotechnol. 10, 2 (2015).
[Crossref]

Nat. Photonics (3)

T. Baba, Nat. Photonics 2, 465 (2008).
[Crossref]

D. K. Gramotnev and S. I. Bozhevolnyi, Nat. Photonics 8, 13 (2013).
[Crossref]

M. Pelton, Nat. Photonics 9, 427 (2015).
[Crossref]

Nat. Phys. (1)

M. S. Tame, K. R. McEnery, Ş. K. Özdemir, J. Lee, S. A. Maier, and M. S. Kim, Nat. Phys. 9, 329 (2013).

Nature (3)

J. P. Reithmaier, G. Sęk, A. Löffler, C. Hofmann, S. Kuhn, S. Reitzenstein, L. V. Keldysh, V. D. Kulakovskii, T. L. Reinecke, and A. Forchel, Nature 432, 197 (2004).

T. Yoshie, A. Scherer, J. Hendrickson, G. Khitrova, H. M. Gibbs, G. Rupper, C. Ell, O. B. Shchekin, and D. G. Deppe, Nature 432, 200 (2004).

R. Chikkaraddy, B. de Nijs, F. Benz, S. J. Barrow, O. A. Scherman, E. Rosta, A. Demetriadou, P. Fox, O. Hess, and J. J. Baumberg, Nature 535, 127 (2016).

New J. Phys. (1)

R. F. Oulton, G. Bartal, D. F. P. Pile, and X. Zhang, New J. Phys. 10, 105018 (2008).
[Crossref]

Opt. Express (2)

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (1)

A. Trügler and U. Hohenester, Phys. Rev. B 77, 115403 (2008).

Phys. Rev. Lett. (3)

C. Sauvan, J. P. Hugonin, I. S. Maksymov, and P. Lalanne, Phys. Rev. Lett. 110, 237401 (2013).
[Crossref]

F. Wang and Y. R. Shen, Phys. Rev. Lett. 97, 206806 (2006).
[Crossref]

D. E. Chang, A. S. Sørensen, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Phys. Rev. Lett. 97, 053002 (2006).
[Crossref]

Rep. Prog. Phys. (1)

Z. Han and S. I. Bozhevolnyi, Rep. Prog. Phys. 76, 016402 (2013).
[Crossref]

Science (1)

J. L. O’Brien, Science 318, 1567 (2007).
[Crossref]

Other (3)

S. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications (Springer, 2007).

L. Novotny and B. Hecht, Principles of Nano-Optics, 2nd ed. (Cambridge University, 2012).

M. Fox, Quantum Optics: An Introduction (Oxford University, 2006).

Supplementary Material (1)

NameDescription
» Supplement 1: PDF (1186 KB)      Supplementary Material

Cited By

OSA participates in Crossref's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1.
Fig. 1.

(a) Dielectric cavity with a QE placed inside. (b) Plasmonic nanostructure with a QE located within a tightly confined LSP field. (c) Normalized out-of-cavity QE emission rate for different ratios between the cavity emission rate and Rabi frequency.

Fig. 2.
Fig. 2.

Schematic configurations of (a) dielectric waveguide with a QE inside and (b) tapered gap SPP waveguide configuration providing a strong mode confinement at the place where a QE is located. Possible realizations of the corresponding two-dimensional waveguides are illustrated to the right, depicting cross sections perpendicular to the propagation direction and the locations of the supported mode fields.

Equations (16)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

F = γ SE γ 0 = 6 π 2 ( λ 2 n ) 3 Q V ,
V ( λ 2 n ) 3 F 6 π 2 Q .
Q opt π ω 6 γ 0 , and γ SE max 6 ω γ 0 π .
r ( t ) = 4 γ cav Ω 2 · | s 1 s 2 s 2 s 1 [ e s 1 t e s 2 t ] | 2 ,
s 1,2 = γ cav 4 ( γ cav 4 ) 2 Ω 2 4 .
Q opt = ω R opt Ω π 1.1 ω 6 γ 0 = π 1.1 π ν 3 γ 0 .
B max Ω 2 π = 6 γ 0 ω 2 π 2 = 3 π γ 0 ν π 2 .
γ SE = F γ rad γ m + γ rad γ 0 = 3 4 π 2 ( λ n ) 3 ω γ rad V LSP ( γ m + γ rad ) 2 γ 0 .
V eff = | E ( r ) d 3 r | 2 / E 2 ( r ) d 3 r ,
γ rad = 4 3 π 2 ω V eff λ λ p 2 ,
γ SE = ( λ n ) 3 ω 2 λ λ p 2 ( γ m + γ rad ) 2 γ 0 1 n 3 · ω p 2 γ m 2 γ 0 = γ SE max ,
γ SE r l = 0.25 1 n 3 · ω p 2 γ m 2 γ 0 .
F w 1 π ( λ 2 n ) 2 n g A w m γ SE F w γ 0 ,
A w m ( λ 2 n ) 2 F w n g π .
γ SE = F w γ 0 exp ( L / L SPP ) ,
F w λ GSP π | ε m | | w ε d ; A w m w λ GSP 2 ε d π 3 · λ p λ ( λ p w ) 3 .

Metrics