Optical transparency induced by a largely Purcell-enhanced quantum dot in a polarization-degenerate cavity
光学活性自旋系统耦合到具有高协同性的光子腔可以产生强的光-物质相互作用，这是量子网络的关键成分。但是获得用于量子信息处理的高协同性通常涉及使用光子晶体腔，其特征在于从自由空间的光学访问差，特别是对于自旋的相干控制所需的圆偏振光。在这里，我们展示了耦合与合作高达$8$的InAs/GaAs量子点的制造靶心腔，提供近简并和高斯偏振模式的有效的光学访问。我们观察到自发发射寿命的量子点短$80$ ps（$\approx 15$ Purcell增强）和$\approx 80\%$的光从腔体反射的透明度。利用光子开关的诱导透明性，同时相干地控制量子点自旋，可以有助于建立量子网络的持续努力。
2022-09-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Purcell enhancement of silicon W centers in circular Bragg grating cavities
本研究针对硅基量子光子芯片的单光子生成需求，在圆形布拉格光栅腔中实现硅W色心的Purcell增强，实验观测到零声子线强度20倍提升与弛豫时间减半，为硅基按需单光子源开发提供了可行路径。
2023-10-27 physics.optics quant-ph
Scanning cavity microscopy of a single-crystal diamond membrane
本研究通过扫描腔显微镜探究集成单晶金刚石薄膜的高精细度微腔，揭示金刚石表面对腔模结构及珀塞尔增强的影响，为优化自旋-光子接口提供路径。
2023-03-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spin-Photon Correlations from a Purcell-enhanced Diamond Nitrogen-Vacancy Center Coupled to an Open Microcavity
SandboxAQ；QuTech and Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology（代尔夫特理工大学量子科技与纳米科学卡弗里研究所）
该研究通过增强的普尔索尔效应和开放微腔设计，实现了高效的自旋-光子接口，生成了多量子比特的自旋-光子态并测量了光子与自旋量子比特的相关性。
2025-06-25 quant-ph
Scaling laws of the cavity enhancement for nitrogen-vacancy centers in diamond
我们采用一个高精细度光纤微腔来研究纳米金刚石中氮空位中心声子边带荧光的增强。利用谐振器的完全可调谐性和开放访问，我们明确地证明了通过在很大范围内改变模式体积和品质因数的Purcell增强的标度律。虽然在发射寿命的变化保持在一个宽带发射器的制度小，我们观察到的发射光谱密度增加了高达300倍。这给出了可以用该谐振器和线宽比腔线宽窄的发射器实现的Purcell因子的直接测量。我们的研究结果表明，波长可调谐窄带单光子源的实现方法，并展示了一个系统，有可能达到强耦合制度。
2013-11-13 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
One- and two-dimensional photonic crystal micro-cavities in single crystal diamond
固态光子量子技术的发展对于光与物质相互作用和量子信息科学的基础研究具有重要意义。金刚石已被证明是一种有吸引力的材料，用于集成量子信息处理，这是由于其色心的非凡性质，例如能够实现明亮的单光子发射和自旋量子比特。为了控制发射的光子并互连远距离的量子比特，需要在金刚石材料中直接制造微腔。然而，到目前为止，在高质量金刚石中生产光子器件一直是一个挑战。在这里，我们提出了一种方法来制作一个和二维的光子晶体微腔的单晶金刚石，产生的品质因数高达700。使用后处理蚀刻技术，我们调整腔模式到与硅空位中心的合奏的零声子线共振，并测量强度增强2.8倍。与小模体积光子晶体腔的可控耦合为基于单晶金刚石的更大规模光子量子器件铺平了道路。
2011-09-21 physics.optics quant-ph
Optical modes in oxide-apertured micropillar cavities
我们提出了一个详细的实验表征的光谱和空间结构的限制光学模式的氧化物孔微柱腔，显示出良好的质量厄米高斯分布，很容易模式匹配到外部字段。我们进一步推导出了横模的频率分裂与所期望的Purcell因子之间的关系。最后，我们描述了一种技术来检索的限制折射率分布的模式的空间分布。
2012-10-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Spontaneous emission and collection efficiency enhancement of single emitters in diamond via plasmonic cavities and gratings
我们展示了一种基于等离子体孔径和光栅的方法，以提高金刚石中单个NV中心的辐射衰减率，同时提高其收集效率。我们的结构是基于金属谐振器周围的亚波长金刚石纳米柱与银膜，这可以提高嵌入的NV中心的自发发射率形成。然而，由于表面等离子体激元的损失和金刚石-空气界面处的反射，发射光子的收集效率仍然很低。在这项工作中，我们将光栅结构纳入等离子体腔系统，以减轻光子损失到这些通道。
2013-08-02 physics.optics quant-ph
Coupling of Nitrogen-Vacancy Centers to Photonic Crystal Cavities in Monocrystalline Diamond
通过耦合到使用标准半导体制造技术在单晶金刚石中制造的光子晶体谐振器，氮-空位中心的零声子跃迁速率被增强约70倍。对光谱过滤的零声子线的光子相关测量显示出反聚束，即收集到的光致发光主要由单个氮空位中心发射的特征。利用高分辨光致发光和光致发光激发光谱表征了氮-空位耦合中心的线宽和光谱扩散。
2012-02-03 physics.optics quant-ph
Hybrid Integration of GaP Photonic Crystal Cavities with Silicon-Vacancy Centers in Diamond by Stamp-Transfer
本文提出利用印章转移技术将磷化镓光子晶体腔与金刚石中硅空位中心集成，避免了金刚石刻蚀，实现了高达8900的腔品质因子和单缺陷共振激发，为量子网络提供了强光子-缺陷相互作用平台。
2022-12-13 physics.optics quant-ph
Rectangular Photonic Crystal Nanobeam Cavities in Bulk Diamond
我们演示了在金刚石块体中制备具有矩形截面的光子晶体纳米梁腔。在模拟中，这些腔具有超过100万的无载品质因数（Q）。测量的腔共振显示，在NV中心637 nm处的零声子线的1 nm范围内，光谱仪限制的品质因数大于14，000的基模。我们发现高腔产量在整个钻石芯片与确定性的谐振趋势，在整个制造的参数扫描。
2017-04-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.atom-ph
Semiconductor-on-diamond cavities for spin optomechanics
针对金刚石悬浮器件加工难和易发热问题，提出无需底部掏空的半导体-金刚石平台，设计出兼具高耦合与低耗散的光力学晶体腔，实现了与金刚石自旋量子比特的光力学耦合，为量子信息处理器件提供了新途径。
2023-02-09 physics.optics quant-ph
Design and Focused Ion Beam Fabrication of Single Crystal Diamond Nanobeam Cavities
我们提出了在单晶金刚石中设计和制备纳米束光子晶体腔，用于腔量子电动力学。首先，我们描述了一个高品质因数（Q ~ 10^6）和小模体积（V ~ 0.5（λ/n）^3）器件的三维时域有限差分模拟，该器件的腔共振对应于金刚石中氮空位色心的零声子跃迁（637 nm）。这种高Q/V结构，这将允许强的光-物质相互作用，是通过在纳米梁的缺陷中心和反射镜区域之间逐渐减小光子晶体孔的尺寸来实现的。接下来，我们展示了两种不同的聚焦离子束（FIB）制造策略，以产生薄金刚石膜和纳米束光子晶体谐振器从散装晶体。这些方法包括金刚石晶体的“侧磨”程序以及TEM样品制备中使用的“剥离”技术的应用。最后，我们讨论了FIB制造程序的某些方面，这是一个挑战，实现高Q/V设计。
2010-10-11 physics.optics quant-ph
Modelling Defect Cavities Formed in Inverse Three-Dimensional Rod-Connected Diamond Photonic Crystals
三维光子晶体中的缺陷腔可以在介质材料允许的最小体积内捕获和存储光，从而增强非线性和腔QED效应。在这里，我们使用平面波展开和时域有限差分方法研究含有点缺陷腔的逆棒连接金刚石（RCD）晶体。通过优化晶体的尺寸，获得了较宽的光子带隙。然后可以通过在晶体中引入点缺陷来设计中带隙谐振。我们调查了各种单一的球形缺陷在不同位置的单位细胞集中在高折射率对比度（3.3：1）的反RCD结构，品质因数（Q因子）和模式体积的谐振腔模式计算。通过选择由位于四面体排列中心的单个球缺陷组成的对称排列，获得了< 0.06立方波长的模体积，这是高折射率腔的记录。
2017-01-18 physics.optics quant-ph
Low-temperature tapered-fiber probing of diamond NV ensembles coupled to GaP microcavities
在这项工作中，我们提出了一个平台，用于测试腔发射器系统的设备性能，使用的合奏发射器和锥形光纤。该方法提供了腔模式的高对比度光谱，耦合到腔的发射器的选择性检测，以及在单发射器情况下的器件性能的估计。利用金刚石中的氮空位（NV）中心和GaP光学微腔，我们能够在10 K下将腔调谐到NV共振，将腔耦合发射耦合到锥形光纤，并测量光纤耦合NV自发发射衰减。从理论上讲，我们表明，光纤耦合的平均珀塞尔因子是2-3倍大于自由空间收集，虽然由于合奏平均它仍然是一个因素的3小于一个单一的，理想的中心珀塞尔因子。
2011-02-25 physics.optics quant-ph
Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - IMEC（根特大学信息技朮系光子研究组（与IMEC联合））；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究展示利用532纳米绿光对含氮-空位中心的金刚石纳米束腔实现全光调制与准永久蓝移调谐，结合热光与电荷效应，最大调谐3.15纳米，为单片金刚石光子平台提供可逆与持久重构能力。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Investigation of Purcell enhancement of quantum dots emitting in the telecom O-band with an open fiber-cavity
本研究将电信O波段半导体量子点集成到可调谐开放式光纤腔中，观测到Purcell效应导致的衰减时间最多缩短2.46(2)倍，分析了系统限制因素，为高效电信量子光源研发指明路径。
2024-08-06 physics.optics quant-ph
Alignment-Free Coupling to Arrays of Diamond Microdisk Cavities for Scalable Spin-Photon Interfaces
本文提出在金刚石微盘上覆盖氮氧化硅六边形晶格的可扩展自旋-光子接口，实现SnV中心高达45%的量子效率，并以偶极子模型将优化计算时间降低650,000倍。
2023-12-09 physics.optics quant-ph
Design of Plasmon Cavities for Solid-State Cavity QED Applications
低模体积、高品质因数光子谐振腔的研究因其在光电子学和腔量子电动力学等领域的应用而受到广泛关注。我们提出了一种基于金属分布布拉格反射器限制的表面等离子体模式的腔。我们用时域有限差分模拟分析了这种结构，并获得了品质因数为1000（包括金属损耗）的模式，相对于光子晶体腔减少了模式体积，Purcell增强了数百，甚至能够实现腔QED强耦合。
2006-11-25 physics.optics quant-ph
Statistical measurements of quantum emitters coupled to Anderson-localized modes in disordered photonic-crystal waveguides
光学纳米结构已被证明是有益的定制量子发射器的发射特性。然而，不可避免的制造缺陷可能会带来麻烦。非常值得注意的是，无序提供了新的机会，因为光可以有效地限制随机多重散射导致安德森局域化。在这里，我们研究了这种无序诱导腔对嵌入无序光子晶体波导中的单量子点发射动力学的影响。我们提出了时间分辨测量的总发射从安德森本地化腔和从单个发射器耦合到腔。我们观察到强烈抑制和增强衰减率相对于自发发射率在均匀介质中。从统计分析，我们报告的平均Purcell因子为2在没有任何控制的量子点腔失谐。通过光谱调谐个别量子点与安德森本地化模式共振，最大Purcell因子为23.8，这是在强耦合制度的开始。所提供的数据量化了自然发生的安德森局域腔的潜力，用于控制和增强光-物质相互作用强度，这不仅与腔量子电动力学实验有关，而且还可能用于有效的能量收集和可控随机激光。
2013-01-02 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Hybrid quantum device based on NV centers in diamond nanomechanical resonators plus superconducting waveguide cavities
我们提出并分析了一种混合器件，它是将一个具有单个内建氮空位（NV）中心自旋的微尺度金刚石梁集成到超导共面波导（CPW）腔中。我们发现在交流电场作用下，金刚石光束的量子化运动可以通过介质相互作用与单腔光子发生强耦合。与经由大磁场梯度的强自旋-运动相互作用一起，它提供了一种混合量子器件，其中金刚石谐振器可以强耦合到单个微波腔光子和单个NV中心自旋。这使得通过机械暗极化激元的NV自旋和CPW腔之间的相干信息传输和有效耦合成为可能。这种混合自旋机电装置，与外部场的可调谐耦合，提供了一个现实的平台，实现量子信息与单NV自旋，金刚石机械谐振器，和单微波光子。
2015-09-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Triangular nanobeam photonic cavities in single crystal diamond
钻石光子学为探索室温腔量子电动力学和实现可扩展的多量子位计算提供了一种有吸引力的体系结构。本文综述了金刚石光子技术的研究现状。设计、制造和表征了一种在单晶金刚石中产生的新型三角形截面纳米梁腔。基于三角形截面的本发明的腔设计允许垂直限制和比基于板的纳米腔更好的信号收集效率，并且消除了对预先存在的膜的需要。纳米梁是由聚焦离子束（FIB）图案化。该腔的特征是共焦光致发光。这些模式的品质因数为Q ~220，并且在波长上偏离NV色心零声子线（ZPL）仅~1.7nm。测量结果与三维时域有限差分法（FDTD）计算结果吻合较好。一个更先进的腔设计与Q= 22，000的建模，显示了高Q值的实现使用三角形腔设计的潜力。讨论了这一概念及其在自旋非破坏测量和量子计算中的应用前景。
2011-01-07 physics.optics quant-ph
Optimal design of diamond-air microcavities for quantum networks using an analytical approach
金刚石中的缺陷中心由于具有长寿命的自旋态和明亮的自旋光子界面而成为量子网络的有希望的构建块。然而，它们进入期望的光学模式的发射的低分数限制了纠缠成功的概率。克服这一点的关键是通过Purcell增强发射。具有嵌入式金刚石膜的开放式法布里-珀罗腔允许这种增强，同时保持良好的发射器特性。为了指导设计改进的重点，了解不同类型的损失和几何选择的影响是至关重要的。特别地，在这些腔的设计中，高Purcell因子必须与腔稳定性和有效的外耦合相权衡。为了能够使这些权衡，我们开发的分析描述这种混合金刚石和空气腔作为以前的数值方法的扩展。通过这种分析提供的见解产生一个有效的工具，找到最佳的设计参数的金刚石空气腔。
2018-11-26 quant-ph
Inverse-Designed Nanobeam Cavities for High-Cooperativity Spin-Photon Interfaces in Silicon
University of Central Florida（中佛罗里达大学）
本文通过统一的伴随优化框架逆向设计硅纳米束腔，针对T中心和Al1中心实现高协同性自旋-光子界面，获得高达3.25×10^6的品质因数和超过99.6%的腔耦合发射分数，并验证了制造鲁棒性，为可扩展量子网络提供了首个Al1中心腔设计。
2026-09-29 quant-ph
Compact quantum gates on electron-spin qubits assisted by diamond nitrogen-vacancy centers inside cavities
在固态系统上构造紧凑的通用量子门量子线路是量子计算的关键。我们提出了一些紧凑的量子电路的确定性固态量子计算，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门的金刚石氮空位中心限制在腔中，通过一些单光子的输入-输出过程实现。我们为这些通用量子门设计的量子线路简单而经济。此外，没有使用额外的电子量子比特，而只是使用单光子介质。这些门有很长的相干时间。我们讨论了这些通用的固态量子门的可行性，得出结论，他们是可行的，以目前的技术。
2013-10-21 quant-ph
Hybrid photonic crystal cavity and waveguide for coupling to diamond NV-centers
提出了一种超高Q值光子晶体纳米腔的设计，该腔可与单晶金刚石样品表面附近的氮空位（NV）中心相互作用。该结构基于纳米线光子晶体几何形状，并且由图案化的高折射率膜（诸如由金刚石衬底支撑的磷化镓（GaP））组成。该纳米腔支持品质因数Q > 150万且模体积V < 0.52（λ/n_ \text{GaP}）^[3]的模，并有望使珀塞尔增强对位于金刚石表面以下50 nm以上的NV的自发发射的收集。纳米线光子晶体波导可用于有效地将光耦合进腔和耦合出腔，或者作为NV声子边带发射的有效宽带收集器。所提出的结构可以使用现有的材料和加工技术制造。
2009-05-22 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-Q Cavity Interface for Color Centers in Thin Film Diamond
本研究在薄膜金刚石中实现了高品质因子光子晶体腔，Q值高达1.8x10^5，并通过简单高产的平面工艺制备，展示了与SiV色心的高效耦合，提升了量子节点的性能与可扩展性。
2024-02-08 physics.optics quant-ph
Purcell enhanced and indistinguishable single-photon generation from quantum dots coupled to on-chip integrated ring resonators
集成光子电路为先进的量子光学应用提供了一个多功能的工具箱。在这里，我们展示了这样一个系统的一个重要组成部分的形式的Purcell增强单光子源的基础上耦合到一个强大的片上集成谐振器的量子点。为此，我们开发了基于分布布拉格反射脊波导的GaAs单片环形腔。在共振激发条件下，我们利用Purcell效应观察到了超过两倍的自发发射率增强，并利用Rabi振荡实现了量子点二能级系统的全相干光控制。此外，我们展示了一个按需单光子产生强烈抑制多光子发射概率低至1%和双光子干涉的能见度高达95%。这种集成的单光子源可以很容易地按比例放大，为可扩展的片上线性光学量子模拟、量子计算和量子网络提供了一条现实的途径。
2020-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purcell enhancement of erbium ions in TiO$_{2}$ on silicon nanocavities
具有光通信跃迁的孤立固态原子缺陷是长距离量子通信网络中理想的量子光子发射源和自旋量子比特。原型电信缺陷，如铒遭受差的光子发射率，需要使用谐振光学腔的光子增强。许多传统的铒离子主体不适合与现有的集成光子平台直接结合，限制了基于量子位的器件的可扩展制造。在这里，我们提出了一种可扩展的方法，通过使用掺铒钛白薄膜上的绝缘体上硅衬底上生长的CMOS兼容的电信量子比特。从这种异质结构，我们已经制造了一维光子晶体腔，表现出超过$5\times10^{4}$和相应的Purcell增强的铒合奏超过200的光发射率的品质因数。这种易于制造的材料平台代表了在与成熟硅技术兼容的可扩展量子位架构中实现电信量子存储器的重要一步。
2022-04-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficient extraction of zero-phonon-line photons from single nitrogen-vacancy centers in an integrated GaP-on-diamond platform
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行双节点量子网络的缩放受到从单中心收集零声子线（ZPL）光子的低概率的限制。在这里，我们展示了金刚石圆盘上的GaP谐振器，它将来自单个NV中心的ZPL光子谐振耦合到单模波导。在这些器件中，由于ZPL发射的共振增强和谐振器与波导之间的有效耦合的组合，单个NV中心在光激发后将ZPL光子发射到引导波导模式中的概率可以达到9%。我们验证了发射的单光子性质，并通过实验证明了一组设备的高波导光子数和大量的Purcell增强。这些设备可以实现基于NV中心的可扩展集成量子网络。
2016-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Giant Optical Non-linearity induced by a Single Two-Level System interacting with a Cavity in the Purcell Regime
一个两级系统，耦合到一个高精细度腔在珀塞尔制度表现出巨大的光学非线性，由于饱和的两级系统在非常低的强度，每个寿命的一个光子的顺序。我们进行了详细的分析，这种效果，考虑到最重要的实际缺陷。我们的结论是，巨大的非线性的实验演示应该是可行的，使用半导体微柱腔包含一个单一的量子点在谐振腔模式。
2007-04-23 quant-ph
High-Q/V two-dimensional photonic crystals cavities in 3C-SiC
固态量子发射器是量子技术中最有希望产生单光子的候选者。然而，它们受到退相干效应的影响，这限制了它们的效率和不可逆性。例如，在大多数色心的零声子线（ZPL）中发射的辐射大约为百分之几（例如金刚石中的$NV^-$中心，SiC中的$V_{Si}V_{C}$），限制了单光子的发射速率以及效率。与此同时，以集成方式与光子进行可靠的接口仍然是金刚石和SiC技术的挑战。在这里，我们开发的光子晶体腔的Q值在7,100的顺序在3C SiC。我们讨论了这种高限制腔如何能够显着提高零PL中发射的光子的比例，并改善其特性。特别是，提高的效率和改进的不可逆性可以为固态量子技术开辟道路。
2018-12-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Plasmonic resonators for enhanced diamond NV- center single photon sources
我们提出了一种新的非经典光源，包括等离子体孔径与单晶金刚石含有一个单一的氮空位（NV）色心。优化结构的理论计算表明，这些器件可以同时提高光抽运效率7倍，自发发射率Fp ~ 50（Purcell因子），收集效率高达40%.这些激发和收集增强发生在宽范围的波长（~ 30 nm）内，并且在NV中心的激发（~ 530 nm）和发射（~600- 800 nm）光谱中可根据器件几何形状独立调谐。在大块金刚石晶体中采用自上而下的技术实现该系统将为无数的金刚石NV中心应用提供可扩展的架构。
2011-01-24 physics.optics quant-ph
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位（SnV $^{\,\textrm{-}}$）中心特别令人感兴趣，因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射，并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而，SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里，我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中，并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25，导致大部分光子（$90\%$）进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的，可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photophysics of single nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds coupled to photonic crystal cavities
金刚石中的氮空位中心在其负电荷状态下是需要单光子发射体的量子光学实验的有希望的候选者。NV中心的重要优点是即使在室温下也具有高亮度和光稳定性。利用光学谐振器设计NV中心的发射特性是满足量子技术应用要求的一种广泛采用的方法，但对非辐射衰变路径的影响尚待了解。在这里，我们报告修改一个单一的NV中心在纳米金刚石耦合到一维光子晶体腔的内部量子效率。我们评估通过三个独立的测量技术的Purcell增强和共聚焦显微镜在升高的激发功率进行自相关测量。采用一个三能级模型，使我们能够提取的设置效率，个人的过渡率，从而我们的系统的内部量子效率。结合我们的研究结果，我们发现，通过Purcell效应的辐射衰减率的增强的结果在90%的内部量子效率的腔耦合NV中心。我们的研究结果将有助于实现纳米尺度的单光子源与近单位的内部量子效率工作在高重复率。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成，将使长距离纠缠分布成为可能。然而，由于色心对其环境高度敏感，并且它们的性质在纳米制造结构中退化，因此集成的努力一直具有挑战性。在这里，我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台，该平台设计用于金刚石中的中性硅空位（SiV 0）中心，从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合，该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Deep Learning-Optimized, Fabrication Error-Tolerant Photonic Crystal Nanobeam Cavities for Scalable On-Chip Diamond Quantum Systems
本文提出基于卷积神经网络的深度学习优化方法，用于设计容制造误差的金刚石光子晶体纳米束腔，在保持高品质因子的同时提升色心耦合效率，推动可扩展片上金刚石量子系统的高良率制造。
2025-02-06 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Acoustic diamond resonators with ultra-small mode volumes
量子声动力学（QAD）是一个快速发展的研究领域，提供了在新的频率范围内实现和研究宏观量子力学系统的可能性，并为混合量子设备实现换能器和新型存储器。在这里，我们提出了一种新的设计，一个多功能的金刚石QAD腔工作在GHz的频率，表现出约$10^{-4}λ^3$的有效模式体积。我们的声子晶体波导腔实现了一个非共振模拟的光学避雷针效应，本地化的能量进入一个深亚波长体积的声学模式。我们表明，这种限制可以很容易地增强嵌入氮空位（NV）中心的轨道应变相互作用的高协同制度，并使有效的谐振冷却的声学振动朝向基态使用一个单一的NV。这种结构可以很容易地转换为在一维或二维声子晶体中具有多个腔的设置，并且底层的非共振定位机制将为进一步增强光子晶体腔中的光声耦合铺平道路。
2020-05-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Design and Fabrication of Robust Hybrid Photonic Crystal Cavities
针对金刚石色心混合光子晶体腔因衬底折射率对比度降低导致损耗增加的问题，提出将制备误差敏感性纳入设计的鲁棒方法，并在955nm波长下实验实现了Q接近30,000的GaAs-on-diamond光子晶体腔。
2024-09-25 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Master equation-based model for infrared-based magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond cavities: a path to sub-picotesla sensitivity at sub-millimeter scales
本研究开发了结合红外光饱和效应的光学探测磁共振主方程模型，用于单片金刚石腔中氮-空位中心测磁，证明其在亚毫米尺度下有望实现亚皮特斯拉级灵敏度。
2024-11-14 quant-ph
Purcell enhancement and spin spectroscopy of silicon vacancy centers in silicon carbide using an ultra-small mode-volume plasmonic cavity
本文将碳化硅中硅空位色心与超小模式体积等离激元纳米腔集成，实现最高48倍的Purcell增强，并改善自旋保持共振跃迁的光学稳定性，为可扩展量子网络提供关键实验支撑。
2024-07-08 physics.optics quant-ph
Resonant Excitation and Purcell Enhancement of Coherent Nitrogen-Vacancy Centers Coupled to a Fabry-Pérot Micro-Cavity
金刚石中的氮空位（NV）中心已被确立为量子网络的主要构建块。然而，扩展到几个网络节点之外目前受到低自旋光子纠缠率的限制，这是由NV中心的相干光子发射和收集的低概率造成的。集成到腔中可以通过Purcell效应提高这两个值，但是近表面NV中心的光学相干性差到目前为止阻止了它们的共振光学控制，这是纠缠产生所需要的。在这里，我们克服了这一挑战，并展示了共振寻址的个人，光纤腔耦合NV中心，并收集他们的Purcell增强相干光子发射。利用非谐振和谐振寻址协议，我们提取Purcell因子高达4，与详细的理论模型相一致。该模型预测，对于现实参数，每次光激发的相干光子检测的概率可以增加到10%-比现有技术的固体浸没透镜收集系统提高了两个数量级。在T $\sim$ 4 K的封闭循环低温系统中，单相干量子发射体的改进光学界面的共振操作是实现具有长相干性的广泛量子网络的重要结果。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling of a single NV-center in diamond to a fiber-based microcavity
我们报道了在室温下纳米金刚石中的单个氮空位（NV）中心与基于光纤的微腔的耦合。调查非常相同的NV中心内的腔和自由空间允许系统地探索一个新的制度的声子辅助腔馈电。利用NV中心的强展宽发射，我们实现了一个宽调谐的窄带单光子源。主方程模型很好地再现了我们的实验结果，并预测在低温下的Purcell增强的排放制度的过渡。
2013-06-13 physics.optics quant-ph
Slot-waveguide cavities for optical quantum information applications
要将现有的量子光学实验和设备应用于更实用的领域，需要构建鲁棒的固态实现。特别地，为了观察原子-光子相互作用的强耦合区域，需要非常小的腔和大的品质因数。在这里，我们表明，最近推出的光子应用的槽波导几何形状也是有前途的量子光学应用在可见光区。我们研究了与金刚石色心（例如氮空位（NV）缺陷）兼容的基于金刚石和GaP的缝隙波导腔（SWCs），并表明可以在超小腔模体积中实现O（10^11）Hz量级的增加的单光子拉比频率，比先前研究的基于金刚石的光子晶体腔小近2个数量级。
2009-04-27 quant-ph
Thermal Purcell effect and cavity-induced renormalization of dissipations
本文研究光学腔通过热 Purcell 效应改变材料辐射吸热与耗散的机制，推导热功率表达式并给出温度影响判据，且应用于 1T-TaS$_2$。
2024-10-02 cond-mat.str-el physics.optics quant-ph
Design of flexible ultrahigh-Q microcavities in diamond-based photonic crystal slabs
通过改变金刚石的折射率，我们设计了具有极高柔性的超高Q值金刚石基双异质结构光子晶体平板腔。具有$Q ~ 10^7$的超高Q腔所需的折射率变化完全在可以实现的范围内（$Δn \sim 0.02$）。腔模具有相对小的体积$V<2 (λ/n)^3$，使其成为腔量子电动力学应用的理想选择。重要的是，对于现实的制造，我们的设计是灵活的，因为参数范围，腔长和折射率的变化，使超高Q值是相当广泛的。此外，由于折射率修改是后处理的，因此可以实现在缺陷中心周围产生空腔的有效技术，从而改善了缺陷容忍量子架构的前景。
2008-12-10 quant-ph
Cryogenic platform for coupling color centers in diamond membranes to a fiberbased microcavity
我们在低温$ \geq4~$ K下操作了一个插入金刚石膜的光纤腔，该膜含有硅空位中心（SiV $^-$）的集合。的设置，样品的制造和光谱特性的描述，连同示范的腔的影响，由珀塞尔效应。这为将固态量子位耦合到光学接口作为长寿命量子存储器铺平了道路。
2020-06-24 physics.app-ph quant-ph
Purcell enhancement of a single silicon carbide color center with coherent spin control
碳化硅最近已被开发为光学可寻址自旋缺陷的平台。特别地，在4 H多型体中的中性双空位显示光学可寻址的自旋-1基态和近红外光学发射。在这里，我们提出了一个单一的中性双空位耦合到一个光子晶体腔的Purcell增强。我们利用纳米光刻技术和掺杂剂选择性光电化学蚀刻的组合来产生品质因数超过5000的悬浮腔。随后耦合到一个单一的双空位导致的Purcell因子约50，这表现为增加的光致发光到零声子线和缩短的激发态寿命。此外，我们测量腔纳米结构内的双空位基态自旋的相干控制，并通过动态解耦证明扩展的相干性。这种自旋腔系统代表了使用碳化硅的可扩展长距离纠缠协议的进步，该协议需要来自空间分离的单个量子位的不可区分光子的干涉。
2020-02-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Diamond Nanophotonics
新兴的纳米光子学领域已经发展成为一个主要的研究领域，主要是因为能够根据需要控制和操纵单量子系统（发射器）和单光子。多年来，研究纳米光子现象仅限于传统的半导体（包括硅和GaAs），实验主要在低温下进行。然而，在过去的十年中，金刚石已经成为研究纳米级光子现象的新竞争者。提供过多的量子发射器，在室温和环境条件下是光学活性的，金刚石已被利用来展示超分辨率显微镜和实现纠缠，Purcell增强和其他量子和经典的纳米光子效应。阐述了金刚石作为一种材料的重要性，本文将重点介绍金刚石纳米光子学领域的最新成就，并为未来的实验和技术进步提供路线图。
2014-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Bright Purcell enhanced single-photon source in the telecom O-band based on a quantum dot in a circular Bragg grating
半导体量子点与光子腔的结合是实现非经典光源的一种很有前途的方法，它在亮度、稳定性和重复频率方面具有最先进的性能。在目前的工作中，我们展示了在电信O波段发射的InGaAs/GaAs量子点的圆形布拉格光栅腔的耦合。我们证明了一个宽带几何提取效率的提高，通过调查两个发射线在带上激发，内部和失谐腔模式，分别。在第一种情况下，达到4的Purcell增强。对于后一种情况，实现了1.4%的端到端亮度，其中第一透镜处的亮度为23%。利用p壳层泵浦，实现了高计数率与纯单光子发射（饱和时g（2）（0）= 0.01）的组合。最后，在77 K的温度下获得了良好的单光子纯度（g（2）（0）= 0.13）和191 kcps的探测器计数率。
2021-07-07 physics.optics quant-ph
Cavity-Quantum Electrodynamics with Moiré Flatband Photonic Crystals
本文提出利用具有孤立平带色散的多层莫尔光子晶体腔来大幅调控量子发射器自发辐射速率，实验证明其与量子点耦合后辐射寿命可在42 ps至1692 ps间调节40倍，为莫尔平带腔增强量子光源和量子节点奠定基础。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantum Nanophotonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Thin-Film Diamond
Edward L. Ginzton Lab, Stanford University（爱德华·L·金斯顿实验室，斯坦福大学）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara（物理系，加州大学圣塔芭芭拉分校）
本文提出一种基于一维光子晶体腔的量子光子接口，用于锡空位中心，实现了高效的光子发射与收集，并确定了其纯化因子和C/D分支比。
2026-03-13 physics.optics quant-ph
Purcell-enhanced single-photon emission from InAs/GaAs quantum dots coupled to broadband cylindrical nanocavities
本研究利用Purcell效应将InAs量子点耦合至金属包覆的GaAs纳米柱，实现了38倍的发射速率增强和15 nm宽带单光子发射，为开发GHz级固态量子发射器提供了重要进展。
2025-04-27 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
