在本示例中，我們考慮將單個(gè)光子發(fā)射器耦合到光纖中。 有關(guān)系統(tǒng)和數(shù)值方法的詳細(xì)信息，請(qǐng)參見參考文獻(xiàn)[1]。
單光子源由一個(gè)嵌入在砷化鎵(GaAs)中制成的球形微透鏡中的量子點(diǎn)(QD)組成。底層的布拉格多層結(jié)構(gòu)將量子點(diǎn)發(fā)出的光反射回上半球。光被耦合到量子點(diǎn)上方的光纖中，該光纖由均勻的光纖芯和光纖包層組成(見下圖)。
計(jì)算利用了設(shè)置的徑向?qū)ΨQ性。 因此，透鏡的形狀可以通過(guò)文件 layout.jcm 中定義的扇形和平行四邊形之間的布爾交集來(lái)創(chuàng)建。
對(duì)于光纖模式計(jì)算，可以從文件fiber_modes/layout.jcm中的完整系統(tǒng)布局中提取光纖橫截面的幾何形狀。
耦合效率的確定分三步進(jìn)行：
1. 首先，確定光纖的傳播模式；
2. 接下來(lái)，必須模擬量子點(diǎn)發(fā)射的場(chǎng)。 與微透鏡內(nèi)的波長(zhǎng)相比，量子點(diǎn)的延伸相對(duì)較小。 因此可以將其建模為類點(diǎn)狀偶極源；
3. 最后，確定傳播光纖模式和發(fā)射場(chǎng)之間的重疊積分。 耦合效率由重疊量除以偶極子發(fā)射的總功率得到。 偶極子發(fā)射和重疊積分可以通過(guò)文件 project.jcmp 中定義的兩個(gè)后處理偶極發(fā)射和模態(tài)重疊獲得：
下圖顯示了對(duì)基本光纖模式和珀塞爾系數(shù) [*] 作為透鏡直徑 和光纖芯直徑 的函數(shù)的耦合效率的掃描。
參考文獻(xiàn)：
[*] 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
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