論文の概要: A cavity-based optical antenna for color centers in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.10249v1
• Date: Fri, 21 May 2021 10:06:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-30 05:23:37.358121
• Title: A cavity-based optical antenna for color centers in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド色中心用キャビティベース光アンテナ
• Authors: Philipp Fuchs, Thomas Jung, Michael Kieschnick, Jan Meijer, and Christoph Becher
• Abstract要約: ダイヤモンド中の色中心のような固体発光体を量子技術に応用するには、効率的な原子-光子界面が必要である。 薄膜単結晶ダイヤモンド膜上に被覆された2つの銀鏡を用いた平面光学アンテナを提案する。 収集可能な光子速度を6倍に向上させ、1つのSnV中心から毎秒50万光子を得ることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: An efficient atom-photon-interface is a key requirement for the integration of solid-state emitters such as color centers in diamond into quantum technology applications. Just like other solid state emitters, however, their emission into free space is severely limited due to the high refractive index of the bulk host crystal. In this work, we present a planar optical antenna based on two silver mirrors coated on a thin single crystal diamond membrane, forming a planar Fabry-P\'erot cavity that improves the photon extraction from single tin vacancy (SnV) centers as well as their coupling to an excitation laser. Upon numerical optimization of the structure, we find theoretical enhancements in the collectible photon rate by a factor of 60 as compared to the bulk case. As a proof-of-principle demonstration, we fabricate single crystal diamond membranes with sub-$\mu$m thickness and create SnV centers by ion implantation. Employing off-resonant excitation, we show a 6-fold enhancement of the collectible photon rate, yielding up to half a million photons per second from a single SnV center. At the same time, we observe a significant reduction of the required excitation power in accordance with theory, demonstrating the functionality of the cavity as an optical antenna. Due to its planar design, the antenna simultaneously provides similar enhancements for a large number of emitters inside the membrane. Furthermore, the monolithic structure provides high mechanical stability and straightforwardly enables operation under cryogenic conditions as required in most spin-photon interface implementations.
• Abstract（参考訳）: 効率的な原子-光子界面は、ダイヤモンドのカラーセンターのような固体エミッタを量子技術アプリケーションに統合するための重要な要件である。 しかし、他の固体エミッタと同様に、バルクホスト結晶の高屈折率のため、自由空間への放出は著しく制限されている。 本研究では, 薄膜ダイヤモンド膜上に2枚の銀鏡を被覆し, 単一スズ空洞(snv)中心からの光子抽出と励起レーザーとのカップリングを改善する平面ファブリーp\'erotキャビティを形成する平面光アンテナを提案する。 構造を数値的に最適化すると,収集可能な光子速度は,バルクケースと比較して60倍に向上する。 第一原理実証実験として, 単結晶ダイヤモンド膜をサブ$\mu$mの厚さで作製し, イオン注入によりSnV中心を形成する。 オフ共鳴励起を用いて、収集可能な光子速度を6倍に増やし、1つのsnv中心から毎秒50万光子を発生させることを示した。 同時に,光アンテナとしてのキャビティの機能を示す理論に従って,必要な励磁力の大幅な低減を観測した。 平面設計のため、アンテナは同時に膜内の多数のエミッタに対して同様の拡張を提供する。 さらに、モノリシック構造は高い機械的安定性を提供し、ほとんどのスピン-光子界面実装に必要な低温条件下での操作を容易に行える。

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