Hybrid Photonic-Plasmonic Cavity Design for Very Large Purcell Factors at Telecommunication Wavelengths Articles uri icon

publication date

  • October 2022

start page

  • 1

end page

  • 9

issue

  • 4

volume

  • 18

International Standard Serial Number (ISSN)

  • 2331-7019

abstract

  • Hybrid photonic‑plasmonic cavities can be tailored to display high Q‑factors and extremely small 
    mode volumes simultaneously, which results in large values of the Purcell factor, FP. Amongst the 
    different hybrid configurations, those based on a nanoparticle‑on‑a‑mirror (NPoM) plasmonic cavity 
    provide one of the lowest mode volumes, though so far their operation has been constrained to 
    wavelengths below 1 µm. Here, we propose a hybrid configuration consisting of a silicon photonic 
    crystal cavity with a slot at its center in which a gold nanoparticle is introduced. This hybrid system 
    operates at telecom wavelengths and provides high Q‑factor values (Q ≈ 105) and small normalized 
    mode volumes (Vm ≈ 10−4), leading to extremely large Purcell factor values, FP ≈ 107 − 108. The 
    proposed cavity could be used in different applications such as molecular optomechanics, bio‑ and 
    chemo‑sensing, all‑optical signal processing or enhanced Raman spectroscopy in the relevant telecom 
    wavelength regime.

subjects

  • Electronics
  • Optics

keywords

  • density of states; nanoantennas; nanophotonics; plasmonics; elemental semiconductors; nanoparticles; nanostructures; optical microcavities