Control of light emission of quantum emitters coupled to silicon nanoantenna using cylindrical vector beams
- Others:
- Nano-Optique et Nanomatériaux pour l'optique (CEMES-NeO) ; Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES) ; Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse) ; Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT) ; Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie - CNRS Chimie (INC-CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP) ; Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3) ; Université de Toulouse (UT)
Description
Abstract Light emission of europium (Eu 3+ ) ions placed in the vicinity of optically resonant nanoantennas is usually controlled by tailoring the local density of photon states (LDOS). We show that the polarization and shape of the excitation beam can also be used to manipulate light emission, as azimuthally or radially polarized cylindrical vector beam offers to spatially shape the electric and magnetic fields, in addition to the effect of silicon nanorings (Si-NRs) used as nanoantennas. The photoluminescence (PL) mappings of the Eu 3+ transitions and the Si phonon mappings are strongly dependent of both the excitation beam and the Si-NR dimensions. The experimental results of Raman scattering and photoluminescence are confirmed by numerical simulations of the near-field intensity in the Si nanoantenna and in the Eu 3+ -doped film, respectively. The branching ratios obtained from the experimental PL maps also reveal a redistribution of the electric and magnetic emission channels. Our results show that it could be possible to spatially control both electric and magnetic dipolar emission of Eu 3+ ions by switching the laser beam polarization, hence the near field at the excitation wavelength, and the electric and magnetic LDOS at the emission wavelength. This paves the way for optimized geometries taking advantage of both excitation and emission processes.
Abstract
International audience
Additional details
- URL
- https://hal.science/hal-04416644
- URN
- urn:oai:HAL:hal-04416644v1
- Origin repository
- UNICA