Оптические наноантенны позволяют не только повысить эффективность поглощения света, но и так же повысить эффективность излучения. Наиболее перспективно использование оптических антенн в низкоэффективных излучательных схемах, таких как органические светодиоды, светодиоды на основе кремния и твердотельные излучатели в желтом и зеленом спектральных диапазонах.
Как правило, светодиод представляет из себя активную область, зажатую между двумя электродами, обогащенными примесями увеличивающими количество электронов и дырок. Принцип действия светодиода прост: электроны и дырки попадают в активную область , там рекомбинируют и излучают при этом квант света. В зависимости от материалов эмиттеров и активной области можно подобрать требуемые спектральные характеристики. Несмотря на всю простоту и уникальность данной схемы, светодиоды сталкиваются с рядом проблем с которыми позволяют эффективно бороться нано-антенны. Рассмотрим процесс получения кванта света более подробно. В процессе рекомбинации в активной области обычно только одна четверть образовавшихся электронно-дырочных пар имеет необходимое синглетное (спин-нулевое) состояние, а остальные три четверти находятся в триплетном состоянии (спин-единичное). Однако, в большинстве случаев только энергия электронно-дырочных пар, находящихся в синглетном состоянии может переходить в квант света, т.е. в излучение, вся же остальная энергия переходит в тепло и общий нагрев системы. Необходимо отметить, что именно нагревание светоизлучающего диода является фундаментальной причиной, ограничивающей его максимальную мощность излучения. Напомним, что интенсивность излучения диода прямо пропорциональна току, пропускаемому через полупроводник, так вот повышение температуры искажает эту зависимость, что в конечном итоге ведет к падению эффективности. Таким получается, что количество “правильно” образовавшихся пар сильно влияет на качество излучения. В итоге высокое число неизлучивших пар не только снижают эффективность светодиода, но и уменьшают его время жизни. Внедрение же наноантенн позволяет резко сократить время жизни триплетных состояний, что в свою очередь повышает термическую стабильность системы.
Теперь рассмотрим еще одну проблему излучательного перехода. В процессе рекомбинации часть энергии может оставаться на поверхности эмиттеров в качестве плазмонов, которые впоследствии переходят опять же в тепло. При создании эмиттеров с множеством отверстий, энергия с поверхности может эффективно излучаться и не нагревать систему. Практически такая концепция позволила добиться увеличения квантовой эффективности в 7 раз.
Подобного эффекта можно достигнуть путем металлических включений вместо отверстий, такая теория получила развитие в кремниевых структурах. На протяжении с 2001 года по 2005 год были проведены ряды опытов, которые подтвердили повышение эффективности излучения при использовании нано точек и нанотрубок. В данном контексте эти самые нано трубки и являются ни чем иным, как наноантеннами.
Еще одним применением оптических антенн является увеличение эффективности излучения твердотельных лазеров в зелено-желтом спектральных диапазонах. Современные высокоэффективные твердотельные излучатели используют светодиоды на основе InGaN и AlGaInP. Для получения белого света необходима накачка в желто-зеленом спектральном диапазоне, однако структуры типа InGaN крайне плохо работают в этом диапазоне, т.е. имеют низкую квантовую эффективность. В то же время их максимальные излучательные способности достигаются в сине-зеленом спектре длин волн. Таким образом использование современных технологий позволяет повысить интенсивность излучения зелено-желтого спектрального диапазона за счет включения люминофоров на основе Y3Al5O12:Ce3+ (YAG) структур светодиода, которые хорошо накачиваются синим излучением InGaN.
