DOI: 10.1364/OE.420243
本研究提出了一種方案，以提高光子從單個量子發射器到含孔結構納米纖維中的耦合效率。當單個量子發射器位于一個沿著納米纖維徑向軸的蝕刻圓孔內時，其耦合效率得以有效提高，比僅使用完整的無孔納米纖維的情況高出一倍。獨立于腔的有效增強可以避免為特定波長選擇單個發射器，這意味著工作波長范圍很寬。通過設置納米纖維和孔的適當直徑，進行數值模擬以優化耦合效率。模擬結果表明，當具有方位極化（x方向）的單個量子發射器位于沿孔軸向且距中心200nm處時，耦合效率可達到62.8％。納米纖維和孔的直徑分別為800nm和400nm，而單個量子發射器的波長為852nm。帶有孔的納米纖維結構簡單、易于制備且可與其他微/納米光子結構集成在一起。這種纖維結構在量子信息處理和量子精度測量中具有廣闊的應用前景。
圖1.（a）基于常規ONF的耦合系統圖。將波長為852nm的單個量子發射器放置在ONF表面上。該圖未按比例繪制。（b）計算對應于不同ONF直徑的耦合效率。（c）在TE和TM模退化的ONF中，導模的電場強度橫向分布。
圖2.（a）用于增強SQE（黃色球）耦合效率的帶孔ONF的示意圖。SQE放置在孔中。插圖顯示了定制ONF的完整示意圖。這些圖未按比例繪制。（b）和（c）顯示ONF中導模的電場強度橫向分布。（b）ONF中的TE模和（c）TM模。ONF和孔的直徑分別為800nm和400nm，SQE波長為852nm。
圖3.耦合效率與沿y軸的SQE位置的關系。（a-c），（d-f）和（g-i）分別顯示ONF直徑為400、600和800nm的情況。從左到右的每個圖形組顯示SQE的軸向、方位和徑向極化。每個圖中模擬了不同的孔徑。對于每種情況，都顯示了四個值的孔徑。
圖4.截止ONF直徑與波長的關系，用紅色實心點表示。黑線是線性擬合。沿x軸的SQE極化。插圖顯示了SQE穿過孔的示意圖。研究人員掃描SQE的位置以找到最佳的截止ONF直徑。
圖5.Purcell因子隨沿y軸的SQE位置發生變化。每個圖從左到右顯示SQE的軸向、方位和徑向極化。ONF直徑為800nm，孔徑為400nm。
圖6.當y=-200nm時，耦合效率與沿z軸（a）和x軸（b）的SQE位掃描的關系。
圖7.最大耦合效率與孔徑的關系。紅線、綠線和藍線表示分別對應于400nm、600nm和800nm的不同ONF直徑。（a），（b）和（c）分別表示SQE的軸向、方位和徑向極化，（d）為其平均值。
圖8.最大耦合效率的孔徑與SQE波長的關系。ONF直徑固定為800nm。黑點表示模擬結果，紅線表示關系d=nλ/π，其中n始終設置為1.45。
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