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A tiny Drude scatterer can accurately model a coherent emitter in nanophotonics
Nanophotonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-08-27 , DOI: 10.1515/nanoph-2024-0170 Felix Binkowski 1 , Sven Burger 1, 2 , Günter Kewes 3
Nanophotonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2024-08-27 , DOI: 10.1515/nanoph-2024-0170 Felix Binkowski 1 , Sven Burger 1, 2 , Günter Kewes 3
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We add a missing element to the set of directly computable scenarios of light-matter-interaction within classical numerical Maxwell solvers, i.e., light scattering from hybrid systems of resonators and individual Fourier-limited emitters. In particular, individual emitters are incorporated as tiny polarizable and resonant spherical scatterers. This emitter model is based on well-known extremal properties of Mie modes. The spherical emitter is made from an artificial Drude metal with ϵ ( ω ) = ϵ b − ω p 2 / ( ω 2 + i Γ ω ) ${\epsilon}(\omega )={{\epsilon}}_{b}-{\omega }_{p}^{2}/({\omega }^{2}+i{\Gamma }\omega )$ . By tuning ϵ b and ω p we adjust the resonance frequency and the Fourier-limited linewidth and by adjusting Γ we may add non-radiative damping or dephasing. This approach automatically reproduces the ideal text book coherent scattering cross-section of Fourier-limited two level quantum systems of σ 0 = 3λ 2 /(2πϵ out ) which is not possible with typically used Lorentz permittivities which only mimic optical resonances. Further, the emitter’s linewidth adopts to the surrounding optical local density of states (LDOS). To demonstrate this we successfully benchmark our approach with prominent examples from the literature.
中文翻译:
微小的德鲁德散射体可以准确地模拟纳米光子学中的相干发射器
我们在经典数值麦克斯韦解算器中的一组可直接计算的光与物质相互作用场景中添加了一个缺失的元素,即来自谐振器和单个傅里叶限制发射器的混合系统的光散射。特别是,单个发射器被合并为微小的可极化和共振球形散射体。该发射器模型基于众所周知的米氏模式的极值特性。球形发射器由人造德鲁德金属制成,其中 ϵ ( ω ) = ϵ b − ω p 2 / ( ω 2 + i Γ ω ) ${\epsilon}(\omega )={{\epsilon}}_{b }-{\omega }_{p}^{2}/({\omega }^{2}+i{\Gamma }\omega )$ 。通过调整 ϵ b 和 ω p,我们可以调整谐振频率和傅立叶极限线宽,通过调整 Γ,我们可以添加非辐射阻尼或移相。这种方法自动再现了 σ0 = 3λ2/(2πϵout) 的傅里叶限制两级量子系统的理想教科书相干散射截面,这对于仅模拟光学谐振的通常使用的洛伦兹介电常数来说是不可能的。此外,发射器的线宽适应周围的光学局域密度(LDOS)。为了证明这一点,我们成功地用文献中的突出例子对我们的方法进行了基准测试。
更新日期:2024-08-27
中文翻译:
微小的德鲁德散射体可以准确地模拟纳米光子学中的相干发射器
我们在经典数值麦克斯韦解算器中的一组可直接计算的光与物质相互作用场景中添加了一个缺失的元素,即来自谐振器和单个傅里叶限制发射器的混合系统的光散射。特别是,单个发射器被合并为微小的可极化和共振球形散射体。该发射器模型基于众所周知的米氏模式的极值特性。球形发射器由人造德鲁德金属制成,其中 ϵ ( ω ) = ϵ b − ω p 2 / ( ω 2 + i Γ ω ) ${\epsilon}(\omega )={{\epsilon}}_{b }-{\omega }_{p}^{2}/({\omega }^{2}+i{\Gamma }\omega )$ 。通过调整 ϵ b 和 ω p,我们可以调整谐振频率和傅立叶极限线宽,通过调整 Γ,我们可以添加非辐射阻尼或移相。这种方法自动再现了 σ0 = 3λ2/(2πϵout) 的傅里叶限制两级量子系统的理想教科书相干散射截面,这对于仅模拟光学谐振的通常使用的洛伦兹介电常数来说是不可能的。此外,发射器的线宽适应周围的光学局域密度(LDOS)。为了证明这一点,我们成功地用文献中的突出例子对我们的方法进行了基准测试。