Evanescent-Vacuum-Enhanced Photon-Exciton Coupling and Fluorescence Collection

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作者
Juanjuan Ren,Ying Gu,Dongxing Zhao,Fan Zhang,Tiancai Zhang,Qihuang Gong
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:118 (7) 被引量:67
标识
DOI:10.1103/physrevlett.118.073604
摘要

An evanescent optical mode existing in various nanophotonic structures always acts as a cavity mode rather than an electromagnetic vacuum in the study of cavity quantum electrodynamics (CQED). Here we show that taking the evanescent mode as an electromagnetic vacuum in which the nanocavity is located is possible through the optical mode design. The proposed evanescent vacuum enables us to enhance both the reversible photon-exciton interaction and fluorescence collection. By embedding the custom-designed plasmon nanocavity into the evanescent vacuum provided by a metallic or dielectric nanowire, the photon-exciton coupling coefficient can achieve 4.2 times that in vacuum due to the exponential decay of the evanescent wave, and spontaneously emitted photons with Rabi splitting can be guided by an evanescent wave with a collection efficiency of 47% at most. Electromagnetic vacuum engineering at subwavelength scale holds promise for controlling the light-matter interaction in quantum optics, CQED, and on-chip quantum information.

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