論文の概要: High-Performance Labyrinth Circular Bragg Grating Design for Charge and Stark-Tunable Quantum Light Sources Spanning Visible to Telecom Wavelengths
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.06117v1
- Date: Fri, 05 Dec 2025 19:46:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.198729
- Title: High-Performance Labyrinth Circular Bragg Grating Design for Charge and Stark-Tunable Quantum Light Sources Spanning Visible to Telecom Wavelengths
- Title（参考訳）: テレコム波長を可視化する帯電およびスターク可変量子光源のための高性能ラビリンス円ブラッググレーティング設計
- Authors: Rohit Prasad, Quirin Buchinger, Fei Chi Kristy Yuen, Yorick Reum, Sven Höfling, Tobias Huber-Loyola,
- Abstract要約: 本研究では, 周期的ラビリンスCBG設計が高結合効率と高純度化の両面を保っていることを数値的に示す。
pドープ半導体領域とnドープ半導体領域を分離するバリア層が組み込まれ、選択充電用電荷キャリアの1つのトンネル化を防止する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12314765641075437
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Semiconductor quantum dots embedded in circular Bragg gratings (CBGs) are among the most efficient integrated single-photon sources. However, the fully etched rings of conventional CBGs restrict the implementation of charge and Stark tuning via electrical contacts. To overcome this limitation, a labyrinth CBG geometry with four bridges has been proposed, yet the added bridges significantly degraded optical performance. In this work, we numerically demonstrate that a periodic labyrinth CBG design preserves both high coupling efficiency and strong Purcell enhancement while enabling electrical integration if optimized after introducing the bridges. We show three optimized designs at emission wavelengths of 780 nm, 930 nm, and 1550 nm, because these wavelengths are among the most relevant for quantum dots and show the general applicability of our approach. At all three wavelengths collection efficiencies exceeding 90% into a numerical aperture of 0.7 and Purcell factors greater than 25 are achieved. Furthermore, we propose a device layout incorporating a barrier layer that separates p- and n-doped semiconductor regions, which is incorporated to prevent tunneling of one of the charge carriers for selective charging. Also this design can be reoptimized to retain the performance of a device without tunnel barrier. These results establish labyrinth CBGs as a platform for electrically tunable quantum dot single-photon sources with high efficiency and scalability.
- Abstract（参考訳）: 円形ブラッグ格子(CBG)に埋め込まれた半導体量子ドットは、最も効率的な統合単光子源の一つである。
しかし、従来のCBGの完全エッチングリングは、電気的接触による電荷とスターク調律の実装を制限している。
この限界を克服するために、4本の橋を持つラビリンスCBG幾何が提案されているが、追加の橋は光学性能を著しく低下させた。
本研究では,高結合効率と高純度パーセル向上を両立させるとともに,橋梁導入後の電気的積分を可能とした周期的ラビリンスCBGの設計を数値的に示す。
780 nm, 930 nm, 1550 nmの発光波長で最適化された3つの設計が示されている。
全3波長の収集効率が90%を超えると0.7の数値開口となり、Purcell因子が25以上となる。
さらに、選択充電用電荷キャリアのトンネル化を防止するために、p-およびn-ドープ半導体領域を分離するバリア層を組み込んだデバイスレイアウトを提案する。
また、この設計はトンネル障壁のないデバイスの性能を維持するために再最適化することができる。
これらの結果は、高効率で拡張性のある、電気的に調整可能な量子ドット単一光子源のプラットフォームとして、ラビリンスCBGを確立する。
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