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用不同密度分布的发光分子探测光子晶体的全态密度

刘晓东 李曙光 许兴胜 王义全 程丙英 张道中

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用不同密度分布的发光分子探测光子晶体的全态密度

刘晓东, 李曙光, 许兴胜, 王义全, 程丙英, 张道中

Probing the total density of states in a photonic crystal with different number density distributions of luminescent molecules

Liu Xiao-Dong, Li Shu-Guang, Xu Xing-Sheng, Wang Yi-Quan, Cheng Bing-Ying, Zhang Dao-Zhong
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  • 单一原子(分子)的自发辐射衰变的动力学性质强烈地依赖于其在光子晶体中的位置及其辐射偶极矩与所处位置场的相对方向.测量单一原子(分子)的自发辐射衰变特性只能反映光子晶体的局域态密度特征,而不能反映光子晶体的全态密度特征.理论上研究发现,通过引入含不同密度分布的发光分子可以探测到光子晶体的全态密度的部分细节甚至全部信息.按来源首次将全态密度分为两个部分,证明了特定的发光分子分布可以完善地反映其中的一部分或者全部,这为解释、设计加速或抑制原子(分子)自发辐射的实验提供了有益的指导.
    The dynamical characteristics of the spontaneous decay of a single excited atom or molecule depend strongly on its position within a photonic crystal (PC) and the relative orientation of its dipole and the electric field there. Measuring its dynamical characteristics of the spontaneous decay in a PC can only obtain the local density of states (DOS) in the PC, but cannot reflect the total DOS in the PC. It is found, theoretically, that using different number density distributions of luminescent molecules within the PC, one can probe the partial information or even all of the total DOS in the PC. In this paper, we separate, for the first time to our knowledge, the total DOS into two parts, DOS in the scatterer and DOS in the matrix of the Wigner-Seitz unit cell, according to their origin, and demonstrate that a special number density distribution of fluorescent molecules can reflect the total scatterers DOS or total matrix DOS or even both of them, i.e. the total DOS in the PC. This is meaningful in explaining and designing the experiments of prohibiting and enhancing the spontaneous emission of excited molecules.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目(批准号:2001CB610402)和国家自然科学基金(批准号:60078007)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2003-03-21
  • 修回日期:  2003-06-12
  • 刊出日期:  2004-01-15

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