論文の概要: Optimization and characterization of laser excitation for quantum sensing with single nitrogen-vacancy centres
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.10386v1
- Date: Mon, 14 Jul 2025 15:27:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-15 18:48:25.26915
- Title: Optimization and characterization of laser excitation for quantum sensing with single nitrogen-vacancy centres
- Title（参考訳）: 単一窒素空孔中心を用いた量子センシングのためのレーザー励起の最適化と評価
- Authors: Alejandro Martínez-Méndez, Jesús Moreno-Meseguer, Mariusz Mrózek, Adam Wojciechowski, Priya Balasubramanian, Fedor Jelezko, Javier Prior,
- Abstract要約: 本稿では, 共焦点顕微鏡内でのレーザ照射の特性評価と最適化を, 量子センシング実験に合わせて行った。
本研究では, レーザビーム強度プロファイル, 単一光子放射統計, 様々な偏光・飽和条件下での蛍光応答, スペクトル特性, 読み出し・再初期化パルスの時間プロファイルについて検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.136619420474766
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this work we present a comprehensive method of characterization and optimization of laser irradiation within a confocal microscope tailored to quantum sensing experiments using nitrogen-vacancy (NV) centres. While confocal microscopy is well-suited for such experiments, precise control and understanding of several optical parameters are essential for reliable single-emitter studies. We investigate the laser beam intensity profile, single-photon emission statistics, fluorescence response under varying polarization and saturation conditions, spectral characteristics, and the temporal profiles of readout and reinitialization pulses. The beam quality is assessed using the beam propagation factor $M^2$, determined via the razorblade technique. Optical fluorescence spectrum is recorded to confirm NV centre emission. To confirm single-emitter operation, we measure second-order autocorrelation function $g^{(2)}(\tau)$. Saturation behaviour is analysed by varying laser power and recording the corresponding fluorescence, while polarization dependence is studied using a half-wave ($\lambda/2$) plate. Temporal laser pulse profile is examined by modulating the power of an acousto-optic modulator. After optimizing all relevant parameters, we demonstrate the microscope's capabilities in driving spin transitions of a single NV centre. This work establishes a straightforward and effective protocol for laser excitation optimization, enhancing the performance and reliability of NV-based quantum sensors.
- Abstract（参考訳）: 本研究では、窒素空孔(NV)中心を用いた量子センシング実験に合わせて、共焦点顕微鏡内でのレーザ照射の特性評価と最適化の包括的な方法を提案する。
このような実験には共焦点顕微鏡が適しているが、信頼性の高い単一エミッタ研究には、いくつかの光学パラメータの精密な制御と理解が不可欠である。
本研究では, レーザビーム強度プロファイル, 単一光子放射統計, 様々な偏光・飽和条件下での蛍光応答, スペクトル特性, 読み出し・再初期化パルスの時間プロファイルについて検討した。
ビーム伝搬係数$M^2$を用いてビーム品質を評価する。
光蛍光スペクトルが記録され、NV中心放射が確認できる。
単一エミッタ演算を確認するために、二階自己相関関数 $g^{(2)}(\tau)$ を測る。
飽和挙動は様々なレーザーパワーで解析され、対応する蛍光が記録される一方、偏光依存は半波長(\lambda/2$)プレートを用いて研究される。
Acousto-optic modulatorのパワーを変調することにより、時間レーザーパルスプロファイルを調べる。
すべてのパラメータを最適化した後、単一のNV中心のスピン遷移を駆動する顕微鏡の能力を実証した。
この研究は、レーザ励起最適化のための単純で効果的なプロトコルを確立し、NVベースの量子センサの性能と信頼性を高める。
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