高效耦合自由电子到亚-$\lambda^3$模态体积、高Q值光子腔
摘要：高湿状电子能量损失光谱（EELS）的空间分辨率单色化电子能量损失光谱的设计，实现和实验研究是报道的重点，这些高品质因子腔的模式体积小于λ³，其中λ是光的自由空间波长。这些腔是基于硅制造的2D光子晶体板中的槽缺陷。它们被优化用于高耦合到沿槽方向极化的准横向电模。我们研究了两种几何结构的腔。第一种几何结构，即腔的设计，对应于沿槽方向行进的电子束。第二种情况是电子束垂直于板行进。在两种情况下，识别出一个大系列的模式。通过设计，测量了介电槽模式能量为0.8-0.85 eV，并由光子结构的两个带体和气体模式环绕。介电槽偶模，属于腔模的模式，与电子高度耦合，每个入射电子产生槽光子的概率高达3.2％。尽管实验光谱分辨率（约30 meV）本身无法将腔光子与其他槽光子区分开，但实验与FDTD模拟之间的出色一致性使我们能够推断，在槽中产生的光子中，约30％存储在腔模式中。根据光子带隙参数的能量和耦合强度的系统研究，可以预见通过微调相位匹配来增强耦合强度。我们的工作证明了自由电子与低模式密度和亚λ³模态体积的高品质因子腔的耦合，使其成为量子纳米光学与自由电子等应用的绝佳候选者。
作者：Malo B''ezard and Im`ene Si Hadj Mohand and Luigi Ruggierio and Arthur Le Roux and Yves Auad and Paul Baroux and Luiz H. G. Tizei and Xavier Ch''ecoury and Mathieu Kociak
论文ID：2307.15556
分类：Optics
分类简称：physics.optics
提交时间：2023-07-31