Enhancement of two photon processes in quantum dots embedded in subwavelength metallic gratings

Abstract

We show a large enhancement of two-photon absorption processes in nanocrystal quantum dots and of light upconversion efficiency from the IR to the near-IR spectral regime, using a hybrid optical device in which near-IR emitting InAs quantum dots were embedded on top a metallic nanoslit array. The resonant enhancement of these nonlinear optical processes is due to the strong local electromagnetic field enhancements inside the nanoslit array structure at the extraordinary transmission resonances. A maximal two-photon absorption enhancement of more than 20 was inferred. Different high field regions were identified for different polarizations, which can be used for designing and optimizing efficient nonlinear processes in such hybrid structures. Combining nanocrystal quantum dots with subwavelength metallic nanostructures is therfore a promising way for a range of possible nonlinear optical devices.

Physical principles for scalable neural recording

“…However, current multi-photon techniques using fluorescent protein indicators, when applied at whole brain scale, would dissipate too much power to avoid thermal damage to brain tissue. Systems [such as plasmonic nano-antennas (Blanchard et al, 2011) or subwavelength metallic gratings (Harats et al, 2011)] that could locally excite multi-photon fluorescence without the need for high-energy laser pulses could conceivably ameliorate this issue. Importantly, quantum dots show promise as ultra-bright multi-photon indicators, if they can be targeted to neurons and optimized in terms of fluorescence lifetime.…”

Templated‐Assembly of CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals into 2D Photonic Supercrystals with Amplified Spontaneous Emission

“…This light trapping strategy is typically used in photovoltaics to couple light more efficiently to the active layer of a solar cell, by increasing the optical path of light in the material . Similarly, this scheme has been exploited in the literature to enhance the two‐photon absorption (TPA) of light emitters, a third order process whose absorption cross section scales non‐linearly with the intensity of the incoming light (see numerical details in SI) . However, unlike previous reports in which quantum dot‐decorated PhCs were fabricated by costly lithographic techniques such as electron beam lithography (EBL), our approach readily produces a high quality PhC configuration within minutes.…”

Template‐basierte Herstellung von 2D‐photonischen Superkristallen mit verstärkter spontaner Emission aus CsPbBr3‐Perowskit‐Nanokristallen

“…In ähnlicher Weise wurde dieses Schema in der Literatur benutzt, um die Zwei‐Photonen‐Absorption (TPA) von Lichtemittern zu verbessern. Hierbei handelt es sich um einen Prozess dritter Ordnung, dessen Wirkungsquerschnitt nichtlinear mit der Intensität des einfallenden Lichts skaliert (siehe Hintergrundinformationen) . Entgegen früherer Berichte, in denen die mit Quantenpunkten bedeckten PhC durch teure lithographische Techniken, wie beispielsweise Elektronenstrahl‐Lithographie (EBL) gefertigt wurden, kann unser Ansatz direkt eine PhC‐Konfiguration von hoher Qualität innerhalb von Minuten produzieren.…”

“…Hierbei handelt es sich um einen Prozess dritter Ordnung, dessen Wirkungsquerschnitt nichtlinear mit der Intensität des einfallenden Lichts skaliert (siehe Hintergrundinformationen). [13] Entgegen früherer Berichte, in denen die mit Quantenpunkten bedeckten PhC [14] durch teure lithographische Techniken, wie beispielsweise Elektronenstrahl-Lithographie (EBL) gefertigt wurden, kann unser Ansatz direkt eine PhC-Konfiguration von hoher Qualität innerhalb von Minuten produzieren. Wir verwendeten deshalb diese Strategie, um die Verwendung von 800 nm Pumplicht zu optimieren und in Anlehnung an neueste Studien zu Bulk-Perowskit-Metaoberflächen, die solch eine verbesserte lineare und nicht-lineare PL zeigten, eine PL-Verbesserung zu erreichen.…”