CC BY
10ВКВО-2021- НАНОФОТОНИКА
DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-300-301
УСИЛЕНИЕ НЕКЛАССИЧЕСКИХ КОРРЕЛЯЦИЙ СВЕТА, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ РАМАНОВСКОМ РАССЕЯНИИ, ПЛАЗМОННОЙ НАНОАНТЕННОЙ
Шишков В.Ю.123, Андрианов Е.С.1,2,3', Пухов А.А.1,2,3, Виноградов А.П.1,23
'Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН, г. Москва 2Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н. Л. Духова, г. Москва 3Московский физико-технический институт (государственный университет), г. Москва
E-mail: andrianov.es@mipt.ru
Парное рождение стоксового и антистоксового фотонов было продемонстрировано при спонтанном рассеянии света на алмазе [1], воде [2], органических молекулах [3], и прочих веществах [4]. Парные стоксовый и антистоксовый фотоны могут быть использованы, например, для ghost imaging [5]. Возможность генерации парных фотонов важна для таких приложений, как управление статистикой анти-стоксовых фотонов [6], повышение контрастности двухфотонной интерферометрии [7], повышение контрастности Хонг-Оу-Мандель интерференции [8] и повышение контрастности при измерениях запутанности фотонов [9].
Однако интенсивность парных фотонов, возникающих при спонтанном рамановском рассеянии, низкая. Одним из наиболее распространённых способов повышения интенсивности спонтанного рамановского рассеяния является использование плазмонных наноантенн, как это делается в экспериментах SERS. При помещении раман-активных молекул вблизи плазмонных наноантенн интенсивность спонтанного рамановского рассеяния может быть увеличена до 106 раз [10]. Однако усиление интенсивности основано на том, что светит не молекула, а сама плазмонная наноантенна [11]. По этой причине, стоксовый и антистоксовый сигналы сопровождаются люминесцентным фоном от самой наноантенны. Этот фон связан с каскадным бриллюэновским рассеянием в металле наночастицы [12]. Как правило [13], интенсивность люминесценции сопоставима с интенсивностью стоксового и антистоксового сигналов. Вследствие этого возникает вопрос о том, насколько свет, переизлучаемый наноантенной, сохраняет неклассическую корреляцию на стоксовой и антистоксовой частотах. Исследования в области влияния плазмонных наноантенн на статистические свойства источников света показывают, что плазмонные наноантенны, как правило, ухудшают статистические свойства источников света. Например, было показано, что только при сильной связи и слабой накачке плазмонные наноантенны сохраняют однофотонный свойства атомов [14]. Вместе с тем вопрос о влиянии плазмонной наноантенны на перекрёстные корреляции стоксового и антистоксового света остаётся открытым.
В настоящей работе мы исследуем влияние плазмонной наноантенны на взаимные корреляции стоксового и антистоксового света от молекулы, помещённой вблизи плазмонной наноантенны. Мы рассматриваем режим большого Парселл фактора, когда молекула излучает главным образом через плазмонную наноантенну. В этом случае удалось получить аналитическое выражение для перекрёстных корреляций интенсивности стоксового и антистоксового сигнала. Показано [15], что основным деструктивным фактором для перекрёстных корреляций стоксового и антистоксового света является фон излучения самой плазмонной наноантенны. Найдена зависимость перекрестной функции когерентности второго порядка от отношения интенсивности сигнала на стоксовой частоте к фону на стоксовой частоте. Показано, что существует оптимальный размер наночастицы, при котором имеет место как усиление интенсивности, так и сохранение неклассических корреляций стоксовой и антистоксовой компонент. Полученный результат открывает возможности для создания источников света с контролируемой интенсивностью и степенью неклассичности.
Литература
'. Lee K. et al., Nature Photonics 6, 41-44 (20'2)
2. KasperczykM. et al., Phys. Rev. Lett. 117, 243603 (20'6)
3. Anderson M.D. et al., Phys. Rev. Lett. 120, 23360' (20'8)
4. Saraiva A. et al., Phys. Rev. Lett. 119, '93603 (20'7)
5. Pittman T.B. et al., Phys. Rev. A, 52, R3429 ('995)
6. Chou C. et al., Phys. Rev. Lett. 92, 21360' (2004)
7. Chen S. et al., Phys. Rev. Lett. 99, '80505 (2007)
8. Felinto D. et al., Nature Physics 2, 844-848 (2006)
300 №6 2021 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
BKBO-2021- HAHOOOTOHHKA
9. Laurat J. et al., Phys. Rev. Lett. 99, 180504 (2007)
10. Xu H. et al., Phys. Rev. Lett. 83, 4357 (1999)
11. Maslovski S.I. andSimovski C.R., Nanophotonics 8, 429-434 (2019)
12. Shishkov V. Yu. et al., Phys. Rev. B 103, 035408 (2021)
13. Lin K.-Q. et al., The Journal of Physical Chemistry C120, 20806-20813 (2016)
14. Nefedkin N.E. et al., Opt. Express 27, 23396-23407 (2019)
15. Shishkov V. Yu. et al., Phys. Rev. A 103, 013725 (2021)
№6 2021 CTE^tmyCK «OOTOH^KCTPECC-HAyKA 2021» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 301
