JCMsuite应用—单光子光源耦合至光纤

在本示例中，我们考虑将单个光子发射器耦合到光纤中。 有关系统和数值方法的详细信息，请参见参考文献[1]。
 

单光子源由一个嵌入在砷化镓(GaAs)中制成的球形微透镜中的量子点(QD)组成。底层的布拉格多层结构将量子点发出的光反射回上半球。光被耦合到量子点上方的光纤中，该光纤由均匀的光纤芯和光纤包层组成(见下图)。
 

计算利用了设置的径向对称性。 因此，透镜的形状可以通过文件 layout.jcm 中定义的扇形和平行四边形之间的布尔交集来创建。

对于光纤模式计算，可以从文件fiber_modes/layout.jcm中的完整系统布局中提取光纤横截面的几何形状。

耦合效率的确定分三步进行：

1. 首先，确定光纤的传播模式；

2. 接下来，必须模拟量子点发射的场。 与微透镜内的波长相比，量子点的延伸相对较小。 因此可以将其建模为类点状偶极源；

3. 最后，确定传播光纤模式和发射场之间的重叠积分。 耦合效率由重叠量除以偶极子发射的总功率得到。 偶极子发射和重叠积分可以通过文件 project.jcmp 中定义的两个后处理偶极发射和模态重叠获得：
 

 

下图显示了对基本光纤模式和珀塞尔系数 [*] 作为透镜直径 和光纤芯直径 的函数的耦合效率的扫描。

参考文献：

[*] The Purcell factor is the quotient between the dipole emission in the structure and the emission of a dipole in a homogeneous space with the background material at the dipole position.

[1] P.-I. Schneider, et al., Numerical optimization of the extraction efficiency of a quantum-dot based single-photon emitter into a single-mode fiber. Optics Express 26, 8479 (2018). https://doi.org/10.1364/OE.26.008479