[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 单分子与微谐振腔的相干耦合

摘要： 量子光学与光-物质相互作用中的许多有趣提案都依赖于多个量子发射体与单模光的强耦合。特别引人关注的是多个相同发射体与一维（1D）光子介质耦合的情况。最近，我们通过有机染料分子与芯片上亚波长波导的同一导模发生倏逝耦合，展示了此类系统[1]。虽然这种耦合使我们能证明单个分子可使传输光产生高达7.5%的消光率，但仍不足以实现更高阶效应——例如多个耦合至同一波导的发射体之间的光子介导相互作用。提升波导-发射体耦合效率的一种方法是采用谐振结构，我们实验室近期在微型开放式法布里-珀罗腔中已证实该方案[2]。该研究中，我们观测到分子发射的强珀塞尔展宽效应，以及谐振腔传输的近乎完全消光。当前工作中，我们将该方法拓展至芯片上跑道形谐振腔[3]（如图1(a)所示）。此类构型中，耦合增强幅度与光子在腔内往返次数成正比，该数值约等于F/π（F为谐振腔精细度）。目前我们的谐振腔在低温有机基质环境中可实现高达18的精细度，从而产生高达22%的增强消光凹陷（见图1(b)橙色曲线）。我们通过定位分子位置（图1(a)白箭头所示）及观测谐振腔传输端预期峰值（图1(b)蓝线），进一步验证了分子-谐振腔耦合。最后，我们将该结构与同芯片单波导进行对比——后者最大消光率仍仅为7%，与先前结果一致。我们讨论了观测到的增强程度，将其与理论计算预测值进行对比，并评估了实现芯片上近单位耦合效率以及多发射体效应（如光局域化与极化激元态生成[4]）的未来策略。