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基于超材料的可见光量子点探测器的优化设计

量子点探测器,超材料,自发辐射,表面等离子体,单光子探测器

基于金属/绝缘体/金属（MIM）超材料光栅结构，将量子点耦合入介质层，设计出对微弱可见光量子点辐射实现大幅增益探测器。探测器结构由两层金属Ag膜和中间绝缘层Al2O3组成的光栅周期排列而成，实验中放置在介质隔层中的磁偶极子在黄光波段发生自发辐射跃迁。利用有限元时域差分数值模拟方法进行结构设计和光谱计算，结果表明当MIM内部产生强烈电磁场谐振的波段覆盖量子点自发辐射峰值波长时，量子点的辐射强度得到显著提高。通过对超材料探测器的结构、材料和几何参数的优化，对593nm处辐射发光的磁偶极子量子点首次实现了110倍和180倍的远场和近场增益。同时，本文证明了当量子点的空间位置和MIM的几何结构发生变化时，增强效应表现出较低敏感性，这为该超材料量子点探测器在单光子探测的实际应用提供可能。