Collective Plasmon-Modes in Gain Media: Quantum Emitters and Plasmonic Nanostructures

این کتاب اولین توصیف دقیق، شامل جنبه‌های نظری و روش‌های تجربی، از برهم‌کنش یون‌های خاکی کمیاب با پلاریتون پلاسمون سطحی را از دیدگاه برهم‌کنش‌های پلاسمون- فوتون جمعی از طریق حالت‌های تشدید (نانوذرات فلزی یا نانوساختار) نشان می‌دهد. آرایه ها) با ساطع کننده های کوانتومی (یون های کمیاب). این فعل و انفعالات برای کاربردهای مخابرات نوری، نمایشگرهای نوری و فناوری‌های حالت جامد لیزری از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. بنابراین، هدف اصلی ما ارائه یک نمای کلی دقیق تر از زمینه به سرعت در حال ظهور نانوفوتونیک با استفاده از مطالعه خواص کوانتومی برهمکنش نور با ماده در مقیاس نانو است. به این ترتیب، حالت‌های پلاسمون جمعی در یک محیط بهره از برهمکنش/جفت بین یک تابشگر کوانتومی (ایجاد شده توسط یون‌های خاکی کمیاب) با یک سطح فلزی حاصل می‌شود و اثرات مختلفی مانند قطبش الکترون‌های فلزی را القا می‌کند. پلاریتون پلاسمون سطحی - SPP)، بهبود میدانی که توسط جفت رزونانس یا انتقال انرژی به دلیل جفت شدن غیر رزونانسی بین نانوساختار فلزی و محیط فعال نوری اطراف ایجاد می‌شود. این اثرات با تلفات جذب در فلز مقابله می کند تا خواص لومینسانس را افزایش دهد یا حتی قطبش و فاز تابشگرهای کوانتومی را کنترل کند. مهندسی پلاسمون‌ها/SPP در رسانه‌های افزایش، زمینه جدیدی را در علم نانوفوتونیکی با پتانسیل تکنولوژیکی فوق‌العاده در اپتیک/فتونیک یکپارچه در مقیاس نانو بر اساس کنترل اثرات کوانتومی تشکیل می‌دهد. این کتاب یک ابزار ضروری برای دانشمندان، مهندسان، و دانشجویان فارغ التحصیل و کارشناسی خواهد بود که نه تنها به مرز جدیدی از فیزیک بنیادی علاقه مند هستند، بلکه به تحقق دستگاه های نانوفوتونیکی برای مخابرات نوری نیز علاقه مند هستند.

This book represents the first detailed description, including both theoretical aspects and experimental methods, of the interaction of rare-earth ions with surface plasmon polariton from the point of view of collective plasmon-photon interactions via resonance modes (metal nanoparticles or nanostructure arrays) with quantum emitters (rare-earth ions). These interactions are of particular interest for applications to optical telecommunications, optical displays, and laser solid state technologies. Thus, our main goal is to give a more precise overview of the rapidly emerging field of nanophotonics by means of the study of the quantum properties of light interaction with matter at the nanoscale. In this way, collective plasmon-modes in a gain medium result from the interaction/coupling between a quantum emitter (created by rare-earth ions) with a metallic surface, inducing different effects such as the polarization of the metal electrons (so-called surface plasmon polariton - SPP), a field enhancement sustained by resonance coupling, or transfer of energy due to non-resonant coupling between the metallic nanostructure and the optically active surrounding medium. These effects counteract the absorption losses in the metal to enhance luminescence properties or even to control the polarization and phase of quantum emitters. The engineering of plasmons/SPP in gain media constitutes a new field in nanophotonics science with a tremendous technological potential in integrated optics/photonics at the nanoscale based on the control of quantum effects. This book will be an essential tool for scientists, engineers, and graduate and undergraduate students interested not only in a new frontier of fundamental physics, but also in the realization of nanophotonic devices for optical telecommunication.