Spatially uniform enhancement of single quantum dot emission using plasmonic grating decoupler

International audience1 We demonstrate a spatially uniform enhancement of individual quantum dot (QD) fluorescence emission using plasmonic grating decouplers on thin gold or silver films. Individual QDs are deposited within the grating in a controlled way to investigate the position dependency on both the radiation pattern and emission enhancement. We also describe the optimization of the grating decoupler. We achieve a fluorescence enhancement ~3 times higher than using flat plasmon film, for any QD position in the grating. Future optical quantum devices require the development of photonic sources with control of light down to the single photon limit. Excellent examples of single photon emitters are the colloidal nanocrystal quantum dots (QDs) which are considered as the building blocks for future quantum devices such as quantum qubits and quantum cryptographic devices 1,2. The application area of quantum emitters is wide and these applications require control of their emission such as emission rate, polarization, spectral properties, collection efficiency etc. Integration of single molecule or nanocrystals into plasmonic structures has recently proved to be one of the most promising yet challenging ways to control the emission properties at the single photon level 3,

Low-Power consumption Franz-Keldysh effect plasmonic modulator

In this paper we report on a low energy consumption CMOS-compatible plasmonic modulator based on Franz-Keldysh effect in germanium on silicon. We performed integrated electro-optical simulations in order to optimize the main characteristics of the modulator. A 3.3 $dB$ extinction ratio for a 30 ${\mu}m$ long modulator is demonstrated under 3 $V$ bias voltage at an operation wavelength of 1647 $nm$. The estimated energy consumption is as low as 20 $fJ/bit$.Comment: 8 pages, 6 figures, and 1 table. Published version: see https://doi.org/10.1364/OE.22.011236. Related works: see https://doi.org/10.1364/OE.25.010070, https://doi.org/10.1364/OE.26.030292, and https://doi.org/10.1364/OE.455491. Keywords: Integrated Optics; Silicon Photonics; Plasmonics; Modulators. arXiv admin note: text overlap with arXiv:2207.0931

Polarization state of the optical near-field

The polarization state of the optical electromagnetic field lying several nanometers above complex dielectric structures reveals the intricate light-matter interaction that occurs in this near-field zone. This information can only be extracted from an analysis of the polarization state of the detected light in the near-field. These polarization states can be calculated by different numerical methods well-suited to near--field optics. In this paper, we apply two different techniques (Localized Green Function Method and Differential Theory of Gratings) to separate each polarisation component associated with both electric and magnetic optical near-fields produced by nanometer sized objects. The analysis is carried out in two stages: in the first stage, we use a simple dipolar model to achieve insight into the physical origin of the near-field polarization state. In the second stage, we calculate accurate numerical field maps, simulating experimental near-field light detection, to supplement the data produced by analytical models. We conclude this study by demonstrating the role played by the near-field polarization in the formation of the local density of states.Comment: 9 pages, 11 figures, accepted for publication in Phys. Rev.

Chapter Merging Plasmonics and Silicon Photonics Towards Greener and Faster “Network-on-Chip” Solutions for Data Centers and High-Performance Computing Systems

Endocrinolog

Merging Plasmonics and Silicon Photonics Towards Greener and Faster “Network-on-Chip” Solutions for Data Centers and High-Performance Computing Systems

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Conception, réalisation et caractérisation de cristaux plasmoniques (application au contrôle de la propagation d ondes optiques de surface)

Un cristal plasmonique consiste en un film métallique structuré périodiquement. Les cristaux plasmoniques uni- et bidimensionnels étudiés dans cette étude sont fabriqués par lithographie par faisceau d électrons et caractérisés par microscopie de champ proche (PSTM). Dans le cas unidimensionnel, des miroirs de Bragg plasmoniques sont intégrés à un film métallique ainsi qu à un ruban métallique permettant la déflexion à 90 de la direction de propagation du plasmon de surface. Dans le cas bidimensionnel, un réseau de plots d or déposé sur un film métallique est étudié pour deux directions d incidence du plasmon. L existence de bandes interdites photoniques est mise en évidence et l influence du facteur de remplissage sur ces dernières est étudié. Le confinement et le guidage du plasmon de surface dans un canal ouvert dans ce cristal est expliqué pour les deux directions d incidence et l étude du guidage le long d un canal présentant un virage est ensuite réalisée.A periodic modulation of a metallic film which sustains a surface plasmon polariton (SPP) is called a plasmonic crystal (PC). In this work, one and two dimensional PC are fabricated by electron beam lithography and characterized by Photon Scanning Tunneling Microscope. In the one dimensional case, Plasmonic Bragg Mirrors (PBM) are added first to a metallic film and then to a metallic stripe allowing the deflexion of the SPP propagation with a angle of 90. In the two dimensional case, a triangular lattice of gold bumps is deposited on a metallic film. The interaction of this PC with the SPP is studied for two different incident propagation axes. The photonic band gap effect and the influence of the filling factor are characterized. The guiding mechanisms of the SPP in channel defects opened in PC are explained by means of Ewald constructions and the SPP propagation in channels including bends is observed.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Conception, réalisation et caractérisation de cristaux plasmoniques (application au contrôle de la propagation d ondes optiques de surface)

Un cristal plasmonique consiste en un film métallique structuré périodiquement. Les cristaux plasmoniques uni- et bidimensionnels étudiés dans cette étude sont fabriqués par lithographie par faisceau d électrons et caractérisés par microscopie de champ proche (PSTM). Dans le cas unidimensionnel, des miroirs de Bragg plasmoniques sont intégrés à un film métallique ainsi qu à un ruban métallique permettant la déflexion à 90 de la direction de propagation du plasmon de surface. Dans le cas bidimensionnel, un réseau de plots d or déposé sur un film métallique est étudié pour deux directions d incidence du plasmon. L existence de bandes interdites photoniques est mise en évidence et l influence du facteur de remplissage sur ces dernières est étudié. Le confinement et le guidage du plasmon de surface dans un canal ouvert dans ce cristal est expliqué pour les deux directions d incidence et l étude du guidage le long d un canal présentant un virage est ensuite réalisée.A periodic modulation of a metallic film which sustains a surface plasmon polariton (SPP) is called a plasmonic crystal (PC). In this work, one and two dimensional PC are fabricated by electron beam lithography and characterized by Photon Scanning Tunneling Microscope. In the one dimensional case, Plasmonic Bragg Mirrors (PBM) are added first to a metallic film and then to a metallic stripe allowing the deflexion of the SPP propagation with a angle of 90. In the two dimensional case, a triangular lattice of gold bumps is deposited on a metallic film. The interaction of this PC with the SPP is studied for two different incident propagation axes. The photonic band gap effect and the influence of the filling factor are characterized. The guiding mechanisms of the SPP in channel defects opened in PC are explained by means of Ewald constructions and the SPP propagation in channels including bends is observed.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Fabrication et caractérisation de routeurs thermo-plasmoniques pour les applications telecom

Les guides d ondes plasmoniques à rubans dielectriques (DLSPPW) sont récemment apparus comme une des solutions possible pour le transport de signaux optiques et électriques sur puce. Néanmoins, dans le contexte particulier des interconnections optiques, des fonctionalitées avancées telles que filtrage, commutation, et routage sont nécessaires afin de remplacer dans le futur les composants electroniques équivalents trop gourmands en énergie et aussi réduire leur empreinte. Après une présentation des intérêts et limitations de la technique de micro- scopie à fuite radiative, nous montrons plusieurs composants actifs utilisant pour diélectrique des polymères thermo-sensibles controlés électriquement par eet Joule. Par la suite nous démontrons la faisabilité de systèmes tout optique que ce soit par dopage du polymère par des nanoparticules metalliques ou par eet thermo-plasmonique d un second mode plasmon permettant un échauement localisé de forme choisie. L activation dynamique de nos composants thermo-optiques est réalisée grâce à un montage fibre-à-fibre créé spécialement nous permettant d investiguer le temps de réponse d un chauage plasmonique ainsi que la transmission de signal télécom. Des améliorations de performances du concept DLSPPW original sont proposées par l ajout d un mur métallique sur le côté du ruban de polymère. Ce système peut alors fonctionner comme un convertisseur de polarisation compacte et athermiqueThe Dielectric Loaded Surface Plasmon Polariton Waveguides (DLSPPWs) have recently emerged as a possible solution to carry both optical and electrical signals on- chip. However, in the particular context of optical interconnects, advanced functionalities such as filtering, switching, and routing are required in order to replace in the future the equivalent electronic components which are too much power consumer and also to reduce their footprints. After presenting the interest and limitation of the leakage radiation microscopy method used all along this work, we show several active devices using thermo-sensitive polymers as the dielectric load driven electrically by Joule heating. Then we demonstrate the feasibility of all-optical systems by either doping the dielectric with metallic nanoparticles or by plasmo-thermal eect of a second plasmonic mode providing a localized heating of controlled shape. The dynamic activation of our thermo- optical devices is performed using a homemade fiber-to-fiber setup which allows us to investigate the response time of a plasmo-thermal heating as well as true datacom transmission. Some improvements of the original DLSPPWs performances are proposed by adding a metallic wall on one side of the polymer ridge. This system can act as a compact and athermal polarization converterDIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Réseaux métalliques pour le couplage dans des guides en dioxyde de titane

National audienceNous montrons la fabrication de réseaux métalliques enterrés entre deux couches de dioxyde de titane. En utilisant un supercontinuum, nous démontrons expérimentalement une efficacité de couplage supérieure à -8 dB pour une bande passante à 3 dB supérieure à 80 nm