Integrated Quantum Optics Based on Surface Plasmon Waveguides
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde die gezielte Kopplung unterschiedlicher Nanoemitter (organische Moleküle, Defektzentren in Diamant) an plasmonische integrierte Strukturen (Wellenleiter, Antennen) erfolgreich demonstriert. Es wurden vordringlich Defektzentren in Diamanten und einzelne Moleküle als Quantenemitter verwendet. Zahlreiche Untersuchungen zur Quanten-/Nano-Plasmonik konnten erfolgreich durchgeführt werden. Obwohl ein letztes Teilarbeitspaket, die Demonstration von Zwei-Plasmoneninterferenz, nicht mehr innerhalb der Projektlaufzeit abgeschlossen werden konnte, wurden dennoch sehr wichtige Resultate bzgl. der Integration von verschiedenen plasmonischen und photonischen Strukturen erzielt. Wie aus mittlerweile zur Zwei-Plasmoneninterferenz erschienenen Publikationen hervorgeht, ist gerade die effiziente Kopplung von Freistrahl-Moden oder von geführten dielektrischen Moden an plasmonische Moden ein Problem für quantenoptische Experimente mit einzelnen plasmonischen Anregungen. Diesem Problem widmete sich das Projekt vordringlich. Zusätzlich haben sich mehrere Nachfolgeprojekte aus den in diesem Vorhaben erzielten Resultaten ergeben: 1) Die hier erstmals entwickelte gezielte Manipulation und Untersuchung einzelner Bausteine für integrierte plasmonische Systeme war die Grundlage für ein Forschungsprojekt mit dem Thema Kopplung organisch/anorganischer Systeme, das seit Juli 2012 innerhalb eines Sonderforschungsbereichs (Sfb 951) weiter verfolgt wird. 2) Eine Weiterführung des Teilgebietes „plasmonische Antennen“ erfolgt seit Juli 2014 in einem durch die Einstein-Stiftung Berlin geförderten Kooperationsprojekts zusammen mit Wissenschaftlern der Hebrew University Jerusalem. Abschließend sind noch einige Highlights aufgeführt: • Design und Entwicklung der Prozesstechnologie für die Herstellung komplexer dielektrischplasmonischer Strukturen • Patentantrag für einen Photon-to-Plasmon Coupler • Entwicklung einer Nanomanipulationsmethode (Pick-and-Place-Method) zur Kopplung quanten-plasmonischer Modellsysteme
Publications
- Plasmon-Enhanced Upconversion in Single NaYF4:Yb3+/Er3+ Codoped Nanocrystals, Nano Lett. 10, 134-138 (2010)
Stefan Schietinger, Thomas Aichele, Hai-Qiao Wang, Thomas Nann, and Oliver Benson
- Plasmonic-photonic hybrid cavity for tailored light-matter coupling, Proc. SPIE, volume 7609, article 76090B (2010)
] M. Barth, S. Schietinger, S. Fischer, J. Becker, N. Nuesse, T. Aichele, B. Loechel, C. Soennichsen, O. Benson
- A scanning probe-based pick-and-place procedure for assembly of integrated quantum optical hybrid devices, Rev. Sci. Intr. 82, 073709 (2011)
Andreas W. Schell, Günter Kewes, Tim Schröder, Janik Wolters, Thomas Aichele, and Oliver Benson
- Single defect centers in diamond nanocrystals as quantum probes for plasmonic nanostructures, Opt. Expr. 19, 7914 (2011)
Andreas W. Schell, Günter Kewes, Tobias Hanke, Alfred Leitenstorfer, Rudolf Bratschitsch, Oliver Benson and Thomas Aichele
- Coupling of single nitrogen-vacancy defect centers in diamond nanocrystals to optical antennas and photonic crystal cavities, Phys. Status Solidi B 249, No. 5, 918–924 (2012)
Janik Wolters, Günter Kewes, Andreas W. Schell, Nils Nüsse, Max Schoengen, Bernd Löchel, Tobias Hanke, Rudolf Bratschitsch, Alfred Leitenstorfer, Thomas Aichele, and Oliver Benson
- Design and numerical optimization of an easy-to-fabricate photon-to-plasmon coupler for quantum plasmonics, Appl. Phys. Letters 102, 051104 (2013)
Günter Kewes, Andreas W. Schell, Rico Henze, Rolf Simon Schönfeld, Sven Burger, Kurt Busch, and Oliver Benson
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4790824) - Miniaturized Bragg-grating couplers for SiN-photonic crystal slabs, submitted to Appl. Phys. Lett. (2014)
Carlo Barth, Janik Wolters, Andreas W. Schell, Jürgen Probst, Max Schoengen, Bernd Löchel, Stefan Kowarik, and Oliver Benson
(See online at https://doi.org/10.1364/OE.23.009803) - Key components for nano-assembled plasmon-excited single molecule non-linear devices. 2015, 13 S.
Günter Kewes, Max Schoengen, Giacomo Mazzamuto, Oliver Neitzke, Rolf-Simon Schönfeld, Andreas W. Schell, Jürgen Probst, Janik Wolters, Bernd Löchel, Costanza Toninelli, and Oliver Benson
