論文の概要: Harnessing the Diamond-Air Interface as an Efficient Photon Antenna for Solid-State Emitters

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.26071v1
• Date: Tue, 30 Sep 2025 10:46:08 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-01 14:45:00.105034
• Title: Harnessing the Diamond-Air Interface as an Efficient Photon Antenna for Solid-State Emitters
• Title（参考訳）: 固体エミッタ用高効率光子アンテナとしてのダイヤモンド-空気界面の調和
• Authors: Paul Weinbrenner, Aina Lopez Benet, İdil Gözel, Friedemann Reinhard,
• Abstract要約: 欠陥中心から光子を抽出することは、典型的な基板の屈折率が高いため困難である。 ダイヤモンドの窒素空孔中心では、2.5タイムs105以上の飽和数に達すると、これまではナノファブリック光学を必要とする。 以上の結果から, ナノファブリケート光学系に近づいた光子数も, 油浸光学系により達成できることが示唆された。
• 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: Extracting photons from defect centers is challenging due to the high refractive index of typical substrates. For nitrogen-vacancy centers in diamond, reaching saturation count rates above $2.5\times10^5\,\mathrm{counts}/\mathrm{s}$ so far requires nanofabricated optics like diamond waveguides or solid immersion lenses. Here we present an experimental and theoretical study of defect center emission at unmodified planar dielectric surfaces by quantitative back focal plane imaging and analytical modeling. Our results indicate that photon count rates approaching those of nanofabricated optics can also be achieved by oil-immersion optics. This is due to a dielectric antenna effect which directs the majority of the emission into the substrate within a narrow angle window suitable for back-side collection. By quantifying the collection efficiency of back-side detection, our work also enables a novel measurement method for the quantum efficiency of shallow defect centers. Its result challenges established values. Possible reasons for the discrepancy are discussed.
• Abstract（参考訳）: 欠陥中心から光子を抽出することは、典型的な基板の屈折率が高いため困難である。 ダイヤモンド中の窒素空孔中心では、2.5\times10^5\,\mathrm{counts}/\mathrm{s}$以上の飽和数に達するには、ダイヤモンド導波路や固体没入レンズのようなナノファブリック光学が必要である。 ここでは,非修飾平面誘電体表面における欠陥中心放出を定量的な後方焦点面イメージングと解析的モデリングにより実験的・理論的に検討する。 以上の結果から, ナノファブリケート光学系に近づいた光子数も, 油浸光学系により達成できることが示唆された。 これは誘電体アンテナ効果により、バックサイドの収集に適した狭い角度の窓内で、放出の大多数を基板に誘導する。 バックサイド検出の収集効率を定量化することにより,浅部欠陥中心の量子効率の新たな測定法も実現した。 その結果、価値が確立した。 相違の可能性がある理由について論じる。

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