将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

时间:2019-03-29 11:35来源:新爆料科技作者:Jucy 点击:
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摘要:该研究首次详细介绍了GeV纳米金刚石的合成和表征。纳米金刚石采用高压高温(HPHT)法生产; Ge在成长过程中被引入以整合单个GeV中心。科学家们提出并展示了使用DLSPPW进行纳米加工的混合方法,该方法采用单银(Ag)晶体结构,与其他技术制造的Ag薄膜相比,显着降低了SPP阻尼率。该方法有助于在结合在等离子体芯片内的纳米金刚石中的GeV中心的激发和发射波长处的足够长的SP

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该研究首次详细介绍了GeV纳米金刚石的合成和表征。纳米金刚石采用高压高温(HPHT)法生产; Ge在成长过程中被引入以整合单个GeV中心。科学家们提出并展示了使用DLSPPW进行纳米加工的混合方法,该方法采用单银(Ag)晶体结构,与其他技术制造的Ag薄膜相比,显着降低了SPP阻尼率。该方法有助于在结合在等离子体芯片内的纳米金刚石中的GeV中心的激发和发射波长处的足够长的SPP传播。

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

使用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在原始样品中观察合成的GeV纳米和微米金刚石的结构。将合成的纳米金刚石旋涂在Ag涂覆的硅晶片上,并用共聚焦荧光显微镜扫描。测量数据表明基于纳米金刚石中的单个GeV中心的超亮,光谱窄且稳定的单光子源,适用于高度集成的电路。使用检测器中的分析仪测量GeV纳米金刚石的偏振特性,以确定在表面平面上发射的单光子的投射。针对单个GeV纳米金刚石测量的数据符合基于周期表中第IV族元素的金刚石色心的模型极化特征(例如硅空位SiV)

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

纳米金刚石的表征:a)HPHT合成后原始样品的GeV纳米和微金刚石的SEM图像,可以看到TEM图像。b)Ge原子位于两个空晶格位置的中间,包括反转对称性,c)系统包括电子结构和类似于IV族钻石颜色中心族的光学跃迁,d)标准化光子速率为Ag平面中的单个GeV纳米金刚石与分析仪角度,测量(点)和模型拟合(实心)。图片来源:Light Science&Applications,doi:10.1038 / s41377-018-0062-5。

观察到的金刚石纳米晶体中单光子发射的能力可以实现混合量子等离子体系统,其可以促进结合在等离子体芯片中的GeV中心的远程激发。Siampour等人。与其他混合量子等离子体系统相比,优雅地展示了GeV-DLSPPW系统的高效远程交付。一个特殊的优值的180(FOM)显露在研究由于?六倍赛尔增强,56%耦合在一个波长(效率和?33微米的传输长度λ的602纳米)。

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

电子束光刻用于在Ag涂覆的基底上制造具有HSQ抗蚀剂的波导,以包含具有单个GeV中心的纳米金刚石 - 通过受控放置添加到装置中。该技术提供了~30 nm的精确放置,通过SEM成像观察得到增强,受到纳米金刚石尺寸的限制,使用现有的金刚石合成技术可以制造低至1 nm。在通过绿色泵浦激光器激发纳米金刚石后,用原子力显微镜(AFM)和电荷耦合器件(CCD)相机观察制造的波导。

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

单个GeV纳米金刚石(ND)的片上激发通过受控放置分配在Ag薄膜顶部用氢倍半硅氧烷(HSQ)制造的装置中a)样品布局和嵌入等离子体波导中的GeV纳米金刚石的直接激发的工作原理, b)制造的波导的AFM图像(左),纳米金刚石被激发的整个结构的CCD图像(右)。三个点ND,A和B显示GeV发射器(ND)的激发和发射以及GeV与DLSPPW模式的耦合,来自两端(A和B)的传播和外耦合辐射。图片来源:Light Science&Applications,doi:10.1038 / s41377-018-0062-5。

此外,作者使用单晶Ag薄片代替Ag薄膜来显着增强DLSPPW传播长度。通过DLSPPW模式传输的绿色激光在光学上表征为沿波导轴的偏振。测量几个不同长度的波导的透射率,以显示通过低损耗DLSPPW的绿色激光的非常传播长度(~11.8μm)。

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

用于纳米金刚石的片上激发的器件布局和工作原理的示意图。纳米金刚石携带嵌入DLSPP波导中的光谱窄的单GeV量子发射器。

使用类似的设置,科学家们开始演示并确认与DLSPPW模式耦合的GeV中心的远程激发。随后,使用有限元建模(FEM)方法模拟GeV衰减速率,并且与其在真空中的发射相比,预测波导中的GeV中心的衰减率高达四倍。与先前演示的系统相比,该系统表现出优异的性能,通过使用更大的折射率电介质如二氧化钛(TiO 2),在未来的研究中可以进一步增强观察到的Purcell因子。

将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法

该研究开辟了将激发激光器,量子发射器和等离子体电路集成到同一芯片上的方法。先前的策略已经证明在芯片上检测到单个等离子体和双等离子体干扰。通过在单个芯片上结合所有这三种技术,作者设想在不久的将来可以在芯片上集成量子等离子体电路的所有元素。

【光粒网综合报道】( 责任编辑:Jucy )
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