Diamond Mirrors for High-Power Lasers
高功率激光器具有许多科学和工业应用。一些关键领域包括制造业中的激光切割和焊接、聚变反应堆或国防应用中的定向能、医学中的激光手术以及半导体行业中的先进光刻技术。这些应用需要光学部件，特别是反射镜，其承受高的光功率以将光从激光器引导到目标。通常，反射镜由不同折射率和厚度的多层涂层组成。在高功率下，这些层中的缺陷导致光的吸收，从而导致热应力和对反射镜的永久损坏。在这里，我们设计，模拟，制造和演示单片和高反射介质镜，在高激光功率下工作而不损坏。这些镜子是通过在单晶金刚石表面蚀刻纳米结构来实现的，单晶金刚石是一种具有特殊光学和热性能的材料。我们测量的反射率大于98%，并证明使用10千瓦的连续波激光在1070 nm，强度高达4.6 MW/cm 2的无损伤操作。相比之下，在这些激光功率，我们观察到损坏的光学涂层的基础上的标准介质镜。我们的研究结果开创了一种新的宽带光学类别，可在极端条件下工作。
2021-03-03 physics.app-ph physics.optics
Extreme Linewidth Narrowing in Diamond Raman Lasers Enables the Generation of 35 W at 589 nm with Hz-Scale Intrinsic Linewidth
Macquarie University（麦考瑞大学）；EOS Space Systems Pty Ltd（EOS空间系统有限公司）
研究通过钻石拉曼激光器实现极窄线宽，产生35 W 589 nm光，并具有6个数量级的频率噪声降低，适用于空间和量子实验。
2026-03-28 physics.app-ph physics.optics
Inscription of 3D waveguides in diamond using an ultrafast laser
利用超快激光加工技术在金刚石基体中制作了三维波导。在激光的焦点体积内的高强度导致金刚石分解成石墨相，从而导致相邻区域中的应力诱导的折射率变化。因此，在两个相邻的石墨轨道之间能够实现II型波导，但仅支持单个偏振态。我们表明，在激光加工过程中的自适应像差校正允许控制制造更复杂的结构下的金刚石的表面，可用于3D波导分离器和III型波导，支持两种偏振。
2016-07-28 physics.optics
Resolution of a bent-crystal spectrometer for X-ray free electron laser pulses: diamond vs. silicon
对基于强弯曲单晶（弯曲半径小于等于10 cm）的光谱仪的分辨率函数进行了评价。它示出的分辨率是由两个参数控制，（i）所选择的反射晶体厚度的晶格间距的比率和（ii）一个单一的参数，包括晶体厚度，其弯曲半径，和所选择的晶体的各向异性弹性常数。金刚石由于其独特的弹性特性，可以提供比硅高得多的分辨率。研究结果为硬X射线自由电子激光源弯晶谱仪的参数优化提供了依据。
2020-08-25 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det physics.optics
Diamond photonics platform enabled by femtosecond laser writing
我们展示了第一个埋在钻石光波导使用聚焦飞秒激光脉冲。氮空位中心的性质在波导中被保留，使它们有希望用于金刚石基磁力计或量子信息系统。
2016-10-21 physics.optics
NV$^{-}$ Diamond Laser
首次在光泵金刚石样品中实现了NV $^{-}$中心的激光发射。使用纳秒训练的150 ps 532 nm激光脉冲来泵浦样品。激光脉冲的中心波长为720 nm，谱宽为20 nm，脉宽为1 ns，总能量约为10 nJ。在泵浦-探测方案中，我们研究了高功率激光脉冲泵浦金刚石晶体时，由于NV $^{-}$电离和NV $^{0}$浓度增长引起的激光条件和增益饱和。
2021-03-05 physics.optics
Laser threshold magnetometry using green light absorption by diamond nitrogen vacancies in an external cavity laser
金刚石中的氮空位（NV）中心最近吸引了相当大的兴趣用于量子传感，有望提高从物理学到生物医学的应用的灵敏度。传统的传感方案涉及在绿色激光和微波照射下监测来自NV中心的红色荧光的变化。由于来自NV三重态发射的强荧光背景和输出中任何变化的低相对对比度，灵敏度受到高光学散粒散粒噪声水平的严重限制。在这里，我们提出了一种避免这个问题的方法，通过使用通过金刚石的绿色泵浦吸收的变化作为半导体外腔激光器接近激射阈值运行的一部分。我们表明，理论上的灵敏度磁场的pT/sqrt（Hz）的水平上是可能的，使用具有最佳密度的NV中心的金刚石。我们讨论的物理要求和限制的方法，特别是放大的自发发射阈值附近的作用，并探讨现实的实现，使用当前的技术。
2021-01-22 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Low charge-noise nitrogen-vacancy centers in diamond created using laser writing with a solid-immersion lens
本文报道了固体浸没透镜（SIL）促进脉冲激光诱导金刚石中氮空位（NV）中心的产生。SIL使激光写入的能量低至每脉冲5.8 nJ，并允许空位形成接近金刚石表面，而不诱导表面石墨化。我们在以前未探索的制度，晶格空位产生隧道击穿，而不是多光子电离。我们提出了三个样品，其中NV中心阵列激光写入之间的距离约1 $μ$ m和40 $μ$ m从金刚石表面，所有呈现窄分布的光学线宽与平均值之间的62.1 MHz和74.5 MHz。线宽包括由用于电荷状态稳定的532 nm再泵浦激光引起的长期光谱扩散的效果，从而强调所产生的色心的特别低的电荷噪声环境。这种高质量的NV中心是采用双光子量子干涉与单独的NV中心的实际应用的优秀候选者。最后，我们提出了一个模型，从非均匀加宽的NV中心光学线宽解开功率展宽。
2021-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Femtosecond laser inscription of Bragg grating waveguides in bulk diamond
采用飞秒激光在金刚石衬底上写入布拉格光栅波导。II型波导集成有朝向波导芯边缘定位的单脉冲逐点周期性激光修改。这些光子器件，在电信波段工作，允许同时进行光波导和窄带反射从第四阶光栅。这种制造技术为一系列应用开辟了先进的钻石3D光子网络的道路。
2017-09-01 physics.optics
Laser-Induced Heating in Diamonds: Influence of Substrate Thermal Conductivity and Interfacial Polymer Layers
University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；The University of Hong Kong（香港大学）；Vereshchagin Institute for High Pressure Physics, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院韦列夏金高压物理研究所）；University of Southern Queensland（南昆士兰大学）
本研究系统探究了基底热导率与界面聚合物厚度对金刚石激光诱导加热的影响，发现低热导率基底和薄聚合物层显著增强局部加热，并通过仿真验证，为光学测温与量子传感的基底选择提供指导。
2025-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
On-Chip Diamond Raman Laser
合成单晶金刚石最近已成为一个有前途的平台，拉曼激光器在异国情调的波长，由于其巨大的拉曼位移，大的透明度窗口和优异的热性能产生了大大增强的数字的优点相比，传统的材料。到目前为止，金刚石拉曼激光器已经实现了使用散装板放置在宏观腔，需要仔细对齐，并导致高阈值功率（~W-kW）。在这里，我们展示了一个完全集成的，高品质因数，钻石赛道微谐振器嵌入在二氧化硅的基础上的片上拉曼激光器。在电信波长泵浦下，我们显示斯托克斯输出在约2 μm的约100 nm带宽上可离散调谐，输出功率>250 μW，将金刚石拉曼激光器的功能扩展到中红外光谱边缘的一个有趣的波长范围。在一个紧凑的集成光学平台上，在馈电波导中仅用~85 mW泵浦阈值功率进行连续波操作，并在~7.5 GHz范围内进行连续无跳模调谐。
2015-09-01 physics.optics
Widely-tunable, doubly-resonant Raman scattering on diamond in an open microcavity
基于块状金刚石的拉曼激光器是用于在没有普通激光二极管可用的波长范围内产生相干光的有价值的资源。然而，这种激光器的广泛使用受到其几瓦量级的高阈值功率要求的限制。使用芯片上的微谐振器，一个显着的减少超过两个数量级的激射阈值已被证明。然而，这些谐振器缺乏连续的调谐机制，并且主要由于制造限制，它们在可见光中的实现仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一个钻石拉曼激光器在可见光的平台。该器件是基于一个小型化的，开放式的法布里-珀罗腔。我们的微腔提供了宽调谐双共振增强拉曼散射的高品质单晶金刚石。我们证明了一个$>$太赫兹连续调谐范围的双共振拉曼散射，范围仅限于反射阻带的镜子。基于实验确定的品质因数超过$300\,000$，我们的理论分析表明，与现实的改进，亚毫瓦阈值是很容易达到的。我们的研究结果铺平了道路，创造一个通用的低功率移频器，一个潜在的有价值的除了非线性光学工具箱。
2021-10-12 physics.app-ph physics.optics
Femtosecond laser written diamond waveguides - a step towards integrated photonics in the far infrared
首次演示和完整的表征金刚石中的中红外波导的详细报告。设计了2.4 μ m和8.6 μ m两种波导，并利用2.4 μ m飞秒脉冲在波导和体衬底中的传播，分析了它们的群速度色散。总色散被发现是占主导地位的散装材料，而不是波导，是在275 fs 2/mm的范围内，表明飞秒激光写入金刚石修改引入可忽略不计的扰动的内在材料。
2018-06-28 physics.optics
Diamond Brillouin Lasers
通过受激布里渊散射（SBS）实现的光与声波之间的相干相互作用是在GHz频率下操纵光的基本工具。它的窄带和噪声抑制特性最近使微波光子功能的集成器件的硫系玻璃，二氧化硅和硅的基础上。金刚石具有更高的声学和带隙频率以及优异的热性能，有望提高频率，带宽和功率;然而，制造具有与布里渊频移匹配的谐振的低损耗光学和声学引导结构目前具有挑战性。在这里，我们使用强烈的腔增强拉曼产生驱动金刚石布里渊激光器没有声学指导。我们的多功能配置-自由空间布里渊激光器的首次演示-在71 GHz斯托克斯频移上提供数十瓦的连续布里渊激光输出，用户可在单斯托克斯和布里渊频率梳输出之间切换。这些结果为高功率、高相干激光器和布里渊频率梳打开了大门，也是迈向片上金刚石SBS器件的重要一步。
2018-06-30 physics.optics
An integrated diamond Raman laser pumped in the near-visible
利用高Q值金刚石微谐振器（Q > 300，000）与高功率直写掺杂玻璃波导的接口，我们在近可见光泵浦的集成平台中演示了拉曼激光器。在120 mW泵浦功率下，拉曼激光阈值低至20 mW，斯托克斯功率超过1 mW。斯托克斯发射在875 nm波长附近的150 nm（60 THz）带宽上调谐，对应于中心频率的17.5%。
2017-12-12 physics.optics
Polarized micro-Raman studies of femtosecond laser written stress-induced optical waveguides in diamond
理解飞秒激光写入引起的折射率调制的物理机制对于定制所得到的光波导的性质至关重要。在这项工作中，我们采用偏振拉曼光谱研究应力诱导波导的金刚石，产生飞秒激光写入的起源。由飞秒激光在晶体中引起的折射率的变化来自于在波导中测量的应力。这一结果有助于解释波导偏振敏感波导的工作机理，并为优化波导偏振敏感波导提供了技术手段。
2018-01-18 physics.optics
Ultrashort 30-fs laser photoablation for high-precision and damage-free diamond machining
本研究采用30飞秒激光开展金刚石光蚀加工，通过调控剂量、能量密度与脉冲数参数，实现了无热损伤、无石墨化的超高精度加工，为量子材料与先进刀具领域的金刚石加工提供了可行方案。
2025-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Continuous-wave nitrogen-vacancy diamond laser system assisted by a red diode laser
本文展示了首个连续波氮-空位色心激光系统，通过构建包含NV-金刚石介质和腔内减反射涂层二极管激光器的双介质激光腔来补偿固有损耗，实现了清晰的激光阈值和线宽变窄，为相干磁测量方法取得重大进展。
2023-06-24 physics.optics quant-ph
Bessel beam fabrication of graphitic micro electrodes in diamond using laser bursts
本研究利用脉冲串模式贝塞尔光束在金刚石块体中制备石墨微电极，探究脉冲参数、重复频率、热退火等对电极性能的影响，实现了低电阻率导电微电极的高效制备。
2024-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photoactivation of color centers induced by laser irradiation in ion-implanted diamond
本文提出利用毫瓦级连续波激光局域辐照，在离子注入金刚石中无需热退火即可直接光激活Mg和Sn相关色心，实现单光子发射器的可控、低成本、原位可监测制备。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
On-chip single-photon subtraction by individual silicon vacancy centers in a laser-written diamond waveguide
在单光子水平上修改光场是即将到来的量子技术的关键挑战，并且可以通过集成量子光子学以可扩展的方式实现。激光写入金刚石光子学提供了与光纤技术相匹配的三维制造能力和大模场直径，但限制了单发射器水平的协同性。为了实现大的cooperativities，我们结合激发单个浅注入硅空位中心通过大数值孔径光学检测辅助激光写入II型波导。我们证明了单发射器消光测量与协同系数为0.153和β因子为13%，产生15.3%作为一个单一的发射器的量子效率的下限。共振光子的传输揭示了从准相干场中减去单光子，导致超泊松光统计。我们的架构使单量子级光场工程在一个集成的设计，可以在三维制造，并与光纤阵列的自然连接。
2021-11-02 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Monolithic Multifocal Diamond Metalens for High-Power Laser Systems
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Optoelectronics（西湖光电研究院）；Moldnano (Hangzhou) Technology Co., Ltd.（模纳（杭州）科技有限公司）；Shenzhen Technology University（深圳理工大学）；Westlake Instruments (Hangzhou) Technology Co., Ltd.（西湖仪器（杭州）科技有限公司）
研究高功率激光系统中多光束处理问题，通过单片多焦点金刚石超透镜实现，该超透镜利用纳米柱产生焦点，具有高热稳定性和功率耐受性，在激光辐照下表现优异，拓宽了透射超光学工作范围。
2026-07-29 physics.optics
Two-media laser threshold magnetometry: A magnetic-field-dependent laser threshold
本研究提出双介质激光阈值磁力测量，利用NV金刚石和VCSEL补偿损耗，实现磁场相关激光阈值，灵敏度达49.07 pT/√Hz，优化后可达4.9 fT/√Hz。
2025-09-08 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Infrared laser magnetometry with a NV doped diamond intracavity etalon
我们提出了一种混合激光系统，它由半导体外腔激光器和腔内掺氮空位色心的金刚石标准具组成。我们认为激光发射调谐到红外吸收线，增强下的磁场依赖的氮空位电子自旋共振，并表明这种架构导致一个紧凑的固态磁强计，可以在室温下操作。由输出激光束的光子散粒噪声限制的对磁场的灵敏度被估计为大约$250~\mathrm{fT/\sqrt{Hz}}$。与通常的NV中心红外磁强计不同，这种方法不需要外部频率稳定的激光器。由于所提出的系统依赖于激光阈值和腔内吸收之间的竞争，这种基于激光的光学传感器可以容易地适应于各种各样的物理系统。
2018-10-18 physics.optics quant-ph
Photoconversion of shallow nitrogen-vacancy centers in flat and nanostructured diamond under high-power laser irradiation
金刚石中浅的、带负电荷的氮空位中心（NV-）已被提出用于高灵敏度的磁力测量和自旋极化转移应用。然而，表面效应倾向于支持和稳定不太有用的中性形式，即NV 0中心。在这里，我们报告了绿色激光照射对平坦和纳米结构金刚石表面的纳米浅NV中心的整体的影响，作为激光功率的函数，在以前没有探索的范围内（高达150 mW/μm2）。拉曼光谱，光检测磁共振（ODMR）和电荷光转换荧光检测被用来表征NV-和NV 0中心的性质和动力学。我们证明，高激光功率强烈地促进NV 0到NV-中心的光转换。令人惊讶的是，过量的NV-群体在关闭激光器之后在一百毫秒的时间尺度上是稳定的，导致浅NV-的长寿命富集。光转换的有益效果在纳米结构样品中不太明显。我们的研究结果是重要的通知样品的设计和实验程序的应用依赖于合奏浅NV-中心的金刚石。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Integrated waveguides and deterministically positioned nitrogen vacancy centers in diamond created by femtosecond laser writing
金刚石的氮空位（NV）中心是一种具有长自旋相干时间的光学活性缺陷，在高效的纳米磁学和量子信息处理方案中显示出巨大的潜力。近年来，利用飞秒激光写入技术在金刚石中成功地制备出了掩埋的三维光波导和高质量的单纳米线。然而，到目前为止，将这些技术结合起来一直是一个突出的挑战。在这项工作中，我们在量子级金刚石中制造激光写入的光子波导，这些光子波导在微米分辨率内对准单个激光写入的NV，从而实现提供确定性定位的波导耦合NV的集成平台。这种制造技术为单光子在NV之间的片上光学路由和光学集成的基于自旋的感测开辟了道路。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Loading an Optical Trap with Diamond Nanocrystals Containing Nitrogen-Vacancy Centers from a Surface
提出了一种简单有效的在大气中将粒子装入光阱的方法。在捕获激光波长处具有高吸收性的材料，例如柠檬黄染料，被用作附着光致发光金刚石纳米晶体的介质。混合物被烧成一团空气传播的颗粒，当材料被扫到载玻片上的激光聚焦附近时。然后用用于燃烧的激光捕获颗粒，或将其转移到不同波长的第二个激光阱。成功地将金刚石纳米晶体装入陷阱的证据包括光致发光（PL）对520 nm波长的激发激光的高灵敏度和光捕获颗粒的PL光谱。该方法为研究光阱金刚石纳米晶中的氮空位中心提供了一种简便的方法。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Divergent effects of laser irradiation on ensembles of nitrogen-vacancy centers in bulk and nano-diamonds: implications for biosensing
金刚石中的带负电荷的氮空位中心（NV-）的集合体已经被提出用于感测磁场和顺磁剂，并且在磁共振应用中作为核的超极化的自旋序的来源。为此，强荧光纳米金刚石代表有前途的材料，具有大的表面积和密集的NV-。然而，表面效应倾向于支持不太有用的中性形式，即NV 0中心。在这里，我们研究的荧光特性和光学检测的磁共振（ODMR）的NV-中心作为激光功率的函数在强荧光散装金刚石和纳米金刚石通过纳米研磨的天然材料。在散装金刚石，我们发现，增加激光功率增加ODMR对比度，与功率依赖性增加自旋极化。令人惊讶的是，在纳米金刚石中，我们观察到非单调行为，在较高激光功率下ODMR对比度降低，这可归因于与块状金刚石相比纳米金刚石中更有效的NV-> NV。光转换，导致NV-池的耗尽。我们还研究了这一现象，在细胞培养物的内化ND在巨噬细胞。我们的研究结果表明，纳米金刚石的表面效应大大影响了NV性能，并提供了调整实验参数的指示。
2021-10-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magnetic-Field-Dependent Stimulated Emission from Nitrogen-Vacancy Centres in Diamond
金刚石中带负电荷的氮空位中心是很有希望的量子磁场传感器。激光阈值磁强计是通过增加信号强度和磁场对比度来提高NV中心系综灵敏度的理论方法。在这项工作中，我们实验证明激光阈值磁强计。我们使用了一个宏观的高精细激光腔，包含一个高度NV掺杂和低吸收的金刚石增益介质，在532 nm泵浦和共振种子在710 nm。这使得通过受激发射将信号功率放大64%。我们显示的放大的磁场依赖性，因此，证明磁场依赖的受激发射从NV中心合奏。该发射显示出33%的创纪录对比度和mW范围内的最大输出功率。NV中心的相干读出的这些优点为量子缺陷的新型腔和激光应用以及具有显著提高的灵敏度的金刚石NV磁场传感器铺平了道路，用于健康、研究和采矿部门。
2021-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Laser stimulation of muscle activity with simultaneous detection using a diamond colour centre biosensor
在微观水平上检测生理活动是理解生物系统功能并将其与物理结构联系起来的关键。目前的传感方法通常依赖于侵入性探针来刺激和检测活动，从而承担在目标系统中引起损伤的风险。近年来，基于金刚石色心的新型生物传感器为被动、无创地对生物系统进行传感和成像提供了可能。在这里，我们使用这样的传感器的\textit{in-vitro}记录的本地磁场产生的紧密聚焦，高强度脉冲激光光遗传神经肌肉刺激的趾长伸肌肌肉。记录捕捉到一个复合动作电位反应和一个缓慢的信号成分，我们试图解释使用一个详细的生物系统模型。我们表明，我们的传感器是能够记录本地化的神经肌肉活动的激光刺激部位没有光伏或荧光伪影与替代技术。我们的工作代表了选择性诱导局部神经生物学活动的重要一步，同时使用金刚石传感器进行被动传感和成像，激发进一步研究神经活动和细胞内过程的映射。
2021-12-17 physics.app-ph physics.bio-ph physics.optics
Laser writing of coherent colour centres in diamond
晶体中的光学活性点缺陷作为可以在量子信息技术中找到用途的光子系统已经获得了广泛的关注。然而，在将单个缺陷放置在所需位置（器件制造的基本要素）方面仍然存在挑战。在这里，我们报告的控制产生的单氮空位（NV）中心的金刚石激光写入。在写入光学器件中使用像差校正允许在金刚石晶体内精确定位空位，并且随后的退火在所需位置的约200 nm内产生具有高达45%成功概率的单个NV中心。通过这种方法制造的选定NV中心在低温下显示稳定的相干光学跃迁，这是创建固态量子比特分布式量子网络的先决条件。这些结果说明了激光写入作为量子技术中缺陷工程的新工具的潜力。
2016-06-16 physics.optics quant-ph
Near-infrared-enhanced charge state conversion for low power optical nanoscopy with nitrogen vacancy center in diamond
从电荷态转换和受激发射两个方面对金刚石中氮空位心的近红外光泵浦物理进行了实验研究。我们发现，近红外激光可以帮助大大提高电荷态转换率，这可以应用于提高电荷态耗尽纳米显微镜的性能。利用环形可见光激光和高斯型近红外激光进行电荷态操纵，我们研制了一种低功率的NV中心电荷态耗尽纳米显微镜。空间分辨率为14 nm的实现与耗尽激光强度约三个数量级低于用于受激发射耗尽nanoscopy与NV中心。纳米显微镜具有高的空间分辨率和低的激光功率，可用于具有NV中心的纳米尺度量子传感。对电荷态转换的研究有助于进一步优化NV中心自旋态的初始化和探测。
2016-10-27 physics.optics
Localized Nitrogen-Vacancy centers generated by low-repetition rate fs-laser pulses
在金刚石中的数百种杂质和缺陷中，氮空位（NV）中心是最有趣的一个，可用作量子技术和纳米传感的平台。传统上，人造金刚石是用高能电子或氮离子照射来产生这些色心的。为了精确定位的NV中心，飞秒激光照射已被提出作为一种替代方法，以产生空间定位的NV中心在金刚石。然而，迄今为止报道的大多数研究都使用高重复频率fs激光系统。在这里，我们研究了照射条件对NV $^-$生成的影响。具体而言，我们改变脉冲能量密度，激光聚焦，和脉冲的数量，在775 nm的150 fs脉冲从钛：蓝宝石激光放大器在1 kHz的重复率操作的照射。光学检测磁共振（ODMR）被用来调查所产生的NV中心，揭示了一个相当大的零场分裂的光谱，并表明在烧蚀过程中产生的晶格应变的条件可能是有害的量子信息应用。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Laser-cut Patterned, Micrometer-thin Diamond Membranes with Coherent Color Centers for Open Microcavities
本文提出一种激光切割方法，用于从毫米级金刚石薄膜制造微米厚微器件，与传统纳米加工相比性能相当，且器件中的色心适用于量子网络。
2025-06-25 physics.optics quant-ph
Stimulated emission from NV centres in diamond
受激发射是激光器工作的基本过程，从而产生相干光子输出。尽管自20世纪80年代以来，带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心被讨论为潜在的激光介质，但迄今为止还没有明确的观察到NV $^-$系综的受激发射。缺乏证明的原因包括短的激发态寿命和零声子线周围的光对中性电荷态的光电离的发生。在这里，我们展示了从NV $^-$状态的声子边带中使用光的受激发射的理论和实验证据。我们的系统使用532 nm的连续波泵浦激光器和扫过NV $^-$的声子边带的脉冲激励激光器。最佳的受激发射表现在附近的三声子线在700 nm。当激发激光波长从700 nm减小到620 nm时，我们还发现了从受激发射到光电离的转变。虽然在零声子线的激光被电离抑制，我们的研究结果打开了基于NV中心的金刚石激光器的可能性，可调谐的声子边带。这将NV磁力计的应用从单中心纳米级传感器扩展到新一代超精密集成激光传感器，该传感器利用了激光系统的对比度和信号放大。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Quenching nitrogen-vacancy center photoluminescence with infrared pulsed laser
近年来，含有氮空位（NV）色心的金刚石纳米晶体已被用作近场和细胞成像的荧光探针。在这项工作中，我们报告了一个红外（IR）脉冲激发光束可以淬灭的NV色心的光致发光的钻石晶体（尺寸< 50 nm）的消光比高达~ 90%。我们将这种效应归因于金刚石基质对多光子吸收的连续加热。这种淬灭是可逆的：当IR激光束关闭时，光致发光强度回到其原始值，典型的响应时间为几百皮秒，允许快速控制NV色心光致发光。我们使用这种效应来实现荧光金刚石纳米晶体在盖玻片上的亚衍射极限成像。为此，在基态耗尽超分辨技术中，我们将绿色激发激光束与控制IR耗尽激光束在将其强度轮廓成形为甜甜圈形式之后组合，使得发射仅来自亚波长尺寸的中心部分。
2013-02-08 physics.optics
Enhanced quantum magnetometry with a laser-written integrated photonic diamond chip
Cardiff University（卡迪夫大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Institute for Photonics and Nanotechnologies (CNR-IFN)（光子与纳米技术研究所（CNR-IFN））；University of Calgary（卡尔加里大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本研究通过激光刻写的集成光子金刚石芯片实现增强型量子磁度计，利用高密度氮-空位中心提升磁场灵敏度，达到比传统方法高一个数量级的性能。
2025-02-05 physics.optics quant-ph
Raman Microspectroscopy for Real-Time Structure Indicator in Ultrafast Laser Writing
University of Oxford（牛津大学）
本文提出利用拉曼显微光谱实时评估飞秒激光写入金刚石石墨电极的电学性能，以1332 cm⁻¹ sp3谱线耗尽作为电阻预测指标，并结合高光谱解混方法，为规格驱动的飞秒激光微加工提供通用监测方案。
2025-11-08 physics.app-ph physics.optics
Gain-Embedded Meta Mirrors for Optically Pumped Semiconductor Disk Lasers
提出并分析了一种利用亚波长光栅反射器结合光学增益的有源反射镜结构。该结构被设计成直接结合到热衬底（例如金刚石）以有效地散热。我们提出的光波传播和热输运分析表明，这种结构是非常适合的光泵半导体盘激光器的功率缩放到多千瓦CW功率操作。
2018-12-10 physics.app-ph physics.optics
Stabilizing an optical cavity containing a bulk diamond crystal at millikelvin temperatures in a cryogen-free dilution refrigerator
Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University（冲绳科学技术大学院大学）
本研究在无液氦稀释制冷机中实现了毫开尔文温度下含块体金刚石晶体的光学腔稳定，通过将腔锁定至激光，测得无金刚石时精细度可达1.2×10^4，含金刚石时约90，主要受吸收损耗限制。
2026-10-07 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Three-dimensional solid-state qubit arrays with long-lived spin coherence
硅晶体管的三维阵列增加了比特的密度。固态量子比特要大得多，因此可以从使用第三维中受益更多，因为有用的容错量子计算将需要至少10万个物理量子比特，甚至可能是10亿个。在这里，我们使用激光写入在金刚石中创建氮空位中心（NVC）量子位的3D阵列。这将允许500万个量子位在商业上可用的4.5x4.5x0.5 mm金刚石内，基于每个NVC的五个核量子位，并允许每个NVC的$(10 μm)^3$为我们的激光写入电气控制留下空间。我们测量的自旋相干时间比以前的激光写入量子比特长一个数量级，至少与非激光写入的NVC一样长。与NVC量子计算一样，量子通信和纳米级传感也可以从同一平台中受益。我们的方法也可以扩展到金刚石和碳化硅中的其他量子位。
2018-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Sub-diffraction optical manipulation of the chargestate of nitrogen vacancy center in diamond
作为量子计算和计量学的潜在候选者，金刚石中的氮空位（NV）中心由于电荷态转换而带来了挑战和机遇。利用不同的激光器进行光诱导电荷态转换，实现了亚衍射电荷态操纵。电荷态耗尽（CSD）显微镜分辨率提高到4.1 nm，通过优化激光脉冲序列。随后，通过CSD选择性地检测相邻NV中心的电子自旋态动力学。实验结果表明，CSD可以提高纳米传感和量子信息中NV中心测量的空间分辨率。
2014-10-17 physics.optics quant-ph
Coherent control of a strongly driven silicon vacancy optical transition in diamond
制备、光学读出和相干控制单量子态的能力是量子信息处理的关键要求。光学活性固态发射器已经成为有希望的候选者，其作为量子节点和用于连接这些节点的相干光子源的芯片上集成的前景。在强驱动共振激光场作用下，这种量子发射体可以表现出Autler-Townes分裂和Mollow三重态光谱等量子行为。在这里，我们展示了相干控制的强驱动的光学跃迁的硅空位（SiV）在金刚石中心。光子的快速光学检测使得能够观察到时间分辨的相干拉比振荡和来自单个SiV缺陷的光学跃迁的Mollow三重态。探测跃迁的探测进一步证实了强激光场产生的Autler-Townes分裂。所发射的光子的相干时间被证明是可比的，其寿命和强大的驱动激光场下，这是有前途的产生不可分辨的光子。
2017-01-22 physics.optics quant-ph
The influence of phonon harmonicity on spectrally pure resonant Stokes fields
由于其高度相干的发射和紧凑的形状因子，单轴模金刚石拉曼激光器已被确定为包括集成量子技术、高分辨率光谱或相干光通信在内的应用的宝贵资产。虽然这些激光器的基本发射线宽可能是傅立叶限制的，但它们的热光特性导致其载波频率漂移，这对需要超稳定发射的应用提出了重要挑战。本文提出了一种利用单片法布里-珀罗（FP）金刚石喇曼谐振腔中产生的Stokes驻波精确测量金刚石折射率随温度变化的方法。我们的方法考虑了在强受激拉曼散射（SRS）条件下温度对一阶声子线和平均晶格声子频率的影响。我们进一步利用该模型计算了金刚石在可见光谱范围内与温度相关的热光系数和Gruneisen参数。该理论伴随着可调谐傅里叶限制斯托克斯纳秒脉冲的演示，其稳定的中心频率偏差小于4 MHz。
2022-04-24 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Impact of surface and laser-induced noise on the spectral stability of implanted nitrogen-vacancy centers in diamond
利用金刚石中的氮空位中心的量子网络技术的可扩展实现需要在紧邻表面处创建光学相干NV中心以用于耦合到光学结构。我们通过$^{15}$ N离子注入和高温真空退火产生单NV中心。NV中心的起源是通过用于氮同位素鉴定的光学检测磁共振光谱来建立的。对于大多数正常注入（7个$^\circ$，$\approx$ 100 nm深）$^{15}$ NV中心，观察到接近寿命限制的光学线宽（$<$ 60 MHz）。NV $^-$电荷状态和发射频率的长期稳定性得到证明。NV-表面相互作用的效果进行了研究，通过改变注入角度为一个固定的离子能量，从而晶格损伤的档案。与正常注入条件相比，来自预注入（85 $^\circ$，$\approx$ 20 nm深）的NV表现出显著降低的光学相干性。我们的研究结果表明，表面是一个更大的扰动源比注入损伤浅注入纳米粒子。这项工作支持离子注入的可行性，形成光学稳定的NV中心。然而，仔细的表面准备将是必要的可扩展的缺陷工程。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Additive solid immersion lenses for enhanced collection efficiency of shallow NV centers by pulsed laser deposition and structurization of high-k amorphous oxides
Leipzig University（莱比锡大学）；Felix Bloch Institute, Leipzig University（莱比锡大学费利克斯·布洛赫研究所）；SaxonQ GmbH（萨克森量子有限公司）；Department of Prosthetic Dentistry and Dental Material Science, Leipzig University（莱比锡大学假肢牙科与牙科材料科学系）
本文提出基于高介电常数YSZ的加法式固体浸没透镜，通过脉冲激光沉积和光刻工艺，使浅层NV色心饱和强度平均提升63%，所需激光强度降低33%。
2026-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Three-dimensional quantum photonic elements based on single nitrogen vacancy-centres in laser-written microstructures
完全集成的量子光学技术需要将有源量子系统并入谐振光学微结构中，并通过光子线在三维空间中互连。金刚石中的氮空位中心（NV-中心）是光稳定性优异的室温单光子发射体，是实现这一目的的理想候选者。广泛的研究努力，以耦合NV中心的光子结构，如光学微谐振器，微腔，和波导已被追求。集成的策略范围从自上而下的制造，通过蚀刻金刚石膜复杂的自下而上的组装的混合结构，使用金刚石纳米晶体，后者的方法允许确定性耦合。最近，已经引入了另一种基于经由熔融工艺将纳米金刚石并入软玻璃光纤中的方法。在这里，我们利用双光子直接激光写入（DLW）制造全三维（3D）结构的光致抗蚀剂与含有NV中心的纳米金刚石溶液混合。这是第一次，这种方法有助于构建几乎任意形状的集成3D量子光子元件。
2013-01-10 physics.optics quant-ph
Impact of Nitrogen-Vacancy Color Centers on the Optical Kerr Effect in Diamond: A Femtosecond Z-Scan Study
本文利用飞秒Z扫描技术研究NV色心浓度对金刚石光学克尔效应的影响，发现非线性折射率呈四重旋转对称且随NV浓度增加而降低，并归因于NV中心作为红失谐二能级系统的负贡献。
2025-01-02 physics.atom-ph physics.optics
A diamond heater-thermometer microsensor for measuring localized thermal conductivity: a case study in gelatin hydrogel
本研究提出一种金刚石加热-测温微传感器，结合仿真模型实现全光学解耦测量局部热导率，精度约0.05 W/(m*K)，首次追踪水凝胶凝胶化过程的热导率变化，为细胞测温提供新工具。
2024-08-21 physics.optics
Energy transfer from intense laser pulse to dielectrics in time-dependent density functional theory
采用基于含时密度泛函理论（TDDFT）的第一性原理计算方法，研究了超短强激光脉冲在单晶硅、硅、金刚石和$α$ -石英中与电子的能量传递过程.依赖于频率以及激光脉冲的强度进行了详细检查，与Keldysh理论进行比较。尽管Keldysh理论可靠地再现了TDDFT计算的主要特征，但我们发现两种理论的结果之间存在一些偏差。的差异的起源进行了详细的研究。
2018-07-08 physics.optics
