論文の概要: A robust laser cavity platform for NV-diamond singlet infrared absorption magnetometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.18937v1
• Date: Tue, 21 Apr 2026 00:23:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-22 22:41:49.550751
• Title: A robust laser cavity platform for NV-diamond singlet infrared absorption magnetometry
• Title（参考訳）: NV-ダイヤモンド一重項赤外吸収磁気量計のためのロバストレーザーキャビティプラットフォーム
• Authors: Shao Qi Lim, Alexander A. Wood, Brett C. Johnson, Qiang Sun, Jan Jeske, Hiroshi Abe, Takeshi Ohshima, David J. Ottaway, Heike Ebendorff-Heidepriem, Robert E. Scholten, Andrew D. Greentree, Brant C. Gibson,
• Abstract要約: レーザしきい値磁力計(LTM)は、NVベースの磁力計の感度を著しく高める手段として提案されている。 近接しきい値の操作により,光学的に検出された磁気共鳴コントラストが5倍に向上したことを報告した。 結果は、シングルト吸収に基づくNV$-$磁気メトリーのためのコンパクトで機械的に堅牢なプラットフォームを確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.42734018234606
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: The negatively charged nitrogen-vacancy center (NV$^-$) in diamond is a versatile platform for quantum magnetometry under ambient conditions. Recently, laser threshold magnetometry (LTM) has been proposed as a means to significantly enhance the sensitivity of NV-based magnetometers by incorporating a diamond hosting NV$^-$ centers within a laser cavity and operating near threshold. While demonstrations have validated the concept, practical implementations remain technically demanding, requiring high pump powers and precise alignment of free-space cavities. It remains unclear whether the benefits of operating near threshold will outpace increased laser noise. In this work, we integrate an NV-diamond with a high NV$^-$ content into a compact external cavity diode laser and demonstrate singlet infrared absorption optically detected magnetic resonance (ODMR). The system exhibits exceptional threshold current stability, enabling ODMR using the threshold current as the read-out parameter. We report a five-fold enhancement in the ODMR contrast by operating near threshold. The best magnetic field sensitivity of $7.6~\mathrm{nT/\sqrt{Hz}}$ (DC-500 Hz) is achieved well above threshold, while near threshold sensitivity is limited by increased probe laser noise. These results establish a compact and mechanically robust platform for singlet absorption-based NV$^-$ magnetometry and highlight key trade-offs between contrast enhancement and laser noise near threshold.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔中心(NV$^-$)は、周囲の条件下での量子磁気学のための汎用的なプラットフォームである。 近年,レーザーキャビティ内にNV^-$中心を収容し,近接しきい値を操作することで,NV系磁気センサの感度を著しく向上する手段として,レーザーしきい値磁力計(LTM)が提案されている。 実証はコンセプトを実証したものの、実践的な実装は技術的に要求され、高いポンプパワーと自由空間キャビティの正確なアライメントを必要とする。 近接しきい値の操作の利点がレーザーノイズを増大させるかどうかは不明だ。 本研究では、高NV$^-$のNVダイアモンドをコンパクトな外部キャビティダイオードレーザーに統合し、シングルレット赤外線吸収光磁気共鳴(ODMR)を実証する。 このシステムは例外的なしきい値電流安定性を示し、しきい値電流を読み出しパラメータとしてODMRを可能にする。 近位閾値の操作によりODMR造影値が5倍に向上したことを報告した。 最高の磁場感度は7.6~\mathrm{nT/\sqrt{Hz}}$ (DC-500 Hz)であり、近接閾値感度はプローブレーザーノイズの増加によって制限される。 これらの結果は、一重項吸収に基づくNV$^-$磁力計のためのコンパクトで機械的に頑健なプラットフォームを確立し、コントラスト増強とレーザーノイズの閾値付近における重要なトレードオフを浮き彫りにする。

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