論文の概要: Luminescence thermometry based on photon emitters in nanophotonic silicon waveguides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.03222v1
• Date: Wed, 05 Feb 2025 14:39:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-06 14:24:18.573630
• Title: Luminescence thermometry based on photon emitters in nanophotonic silicon waveguides
• Title（参考訳）: ナノフォトニックシリコン導波路における光子放射体に基づく発光温度測定
• Authors: Kilian Sandholzer, Stephan Rinner, Justus Edelmann, Andreas Reiserer,
• Abstract要約: 本研究では, ナノフォトニックシリコン導波路に直接集積されたエルビウムエミッタの発光を測定する方法を提案する。 測定間隔は, 最低温度で0.04(1)Kから, 環境条件で6(1)Kまで, 測定精度が得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The reliable measurement and accurate control of the temperature within nanophotonic devices is a key prerequisite for their application in both classical and quantum technologies. Established approaches use sensors that are attached in proximity to the components, which only offers a limited spatial resolution and thus impedes the measurement of local heating effects. Here, we therefore study an alternative temperature sensing technique that is based on measuring the luminescence of erbium emitters directly integrated into nanophotonic silicon waveguides. To cover the entire temperature range from 295 K to 2 K, we investigate two different approaches: The thermal activation of non-radiative decay channels for temperatures above 200 K and the thermal depopulation of spin- and crystal field levels at lower temperatures. The achieved sensitivity is 0.22(4) %/K at room temperature and increases up to 420(50) %/K at approximately 2 K. Within a few-minute measurement interval, we thus achieve a measurement precision that ranges from 0.04(1) K at the lowest studied temperature to 6(1) K at ambient conditions. In the future, the measurement time can be further reduced by optimizing the excitation pulse sequence and the fiber-to-chip coupling efficiency. Combining this with spatially selective implantation promises precise thermometry from ambient to cryogenic temperatures with a spatial resolution down to a few nanometers.
• Abstract（参考訳）: ナノフォトニクスデバイス内の温度の信頼性の測定と正確な制御は、古典的および量子技術の両方に適用するための重要な前提条件である。 確立されたアプローチでは、コンポーネントに近接して取り付けられるセンサーを使用し、空間分解能が限られており、局所加熱効果の測定を妨げている。 そこで本研究では, ナノフォトニックシリコン導波路に直接集積されたエルビウムエミッタの発光を測定する方法を提案する。 295Kから2Kまでの温度範囲をカバーするため,200K以上の温度に対する非放射性崩壊チャネルの熱活性化と,低温におけるスピン場と結晶場の温度低下について検討した。 得られた感度は室温0.22(4) %/Kで、約2Kで420(50) %/Kまで上昇する。 将来、励起パルスシーケンスとファイバ対チップ結合効率を最適化することにより、測定時間を更に短縮することができる。 これを空間選択的注入と組み合わせることで、空間分解能を数ナノメートルまで下げた環境から低温までの正確な温度測定が可能になる。

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