Antenas ópticas para la construcción de fuentes de fotones individuales eficientes

GABRIEL PACIARONI; LORENA REBÓN; MARÍA GABRIELA CAPELUTO

Taller; EEOF/TOPFOT 2021; 2021

El uso de sistemas cuánticos para la codificación, manipulación y transmisión deinformación permite realizar ciertas tareas computacionales de forma mucho más eficiente ysegura que mediante su contraparte clásica. La utilización de fotones como portadores deinformación resulta la elección ideal para aplicaciones de comunicaciones cuánticas, debido a su alta velocidad de transmisión y baja interacción con el entorno, lo que les permite viajarlargas distancias siendo poco afectados por un medio ruidoso. Además, pueden sermanipulados mediante tecnología estándar, a temperatura ambiente, e integrados a las redesde transmisión óptica existentes. Estas aplicaciones requieren de fuentes capaces de emitirfotones individuales de modo eficiente y determinista [1], lo que representa uno de losdesafíos experimentales a resolver. Las fuentes basadas en emisores cuánticos (como lo son los defectos en cristales) son candidatas prometedoras para la generación de fotonesindividuales a temperatura ambiente. Sin embargo, dado que la emisión espontánea no esdireccional, la colección de fotones en los sistemas ópticos es poco eficiente. Una forma demejorar la tasa de emisión, direccionalidad y polarización, es modificar el entornoelectromagnético del emisor, mediante el uso de cavidades o antenas.En este trabajo se realizan simulaciones numéricas por el método de elementos finitos(FEM) para estudiar las propiedades ópticas de emisores, modelados como fuentes dipolares puntuales en longitudes de onda visibles, en presencia de nanoantenas metálicas. Se cuantifica la eficiencia de las antenas [2], tanto para recibir el flujo de energía emitida por la fuente, como para redireccionarlo al campo lejano. Se computan las diferentes contribuciones al vector de Poynting, separando las radiativas de las no radiativas.[1] M. D. Eisaman, J. Fan, A. Migdall, S. V. Polyakov. ?Single-photon sources and detectors?Rev. Sci. Inst. 82, 071101 (2011)[2] K. C. Y. Huang, Y. C. Jun, M. K. Seo, M. L. Brongersma. ?Power flow from a dipole emitternear an optical antenna? Opt. Express 19, 19084-19092 (2011)