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Allo stato attuale, le persone hanno utilizzato AlN per preparare cavità risonanti ad alto valore Q e guide d'onda a bassa perdita. È stato anche segnalato che si tratta di una singola sorgente di fotoni che può funzionare a temperatura ambiente nei cristalli AlN. Tuttavia, come sorgente di luce nei circuiti ottici integrati quantistici, ci sono ancora delle sfide: in primo luogo, le proprietà ottiche della sorgente a singolo fotone in AlN sono scarse, mostrando un'elevata fluorescenza di fondo, con zero linee fononiche che rappresentano una bassa percentuale dell'intero spettrale. emissione (il fattore Debye è molto basso, solo il 3%) e anche la larghezza della linea di emissione è relativamente ampia. Per ottenere l'accoppiamento con cavità risonanti e guide d'onda ottiche, è necessario controllare accuratamente la posizione di una singola sorgente fotonica. Come ottenere una singola sorgente di fotoni con una larghezza di linea stretta, un fattore Debye elevato e una posizione precisa e controllabile in AlN è una questione urgente nello sviluppo di piattaforme di integrazione quantistica ottica per AlN.
1. Studio su sorgente di fotone singolo ad alte prestazioni preparata in AlN mediante laser a femtosecondi
Recentemente, un gruppo di ricerca ha utilizzato il laser a femtosecondi per preparare una sorgente luminosa centrale di colore per l’emissione di un singolo fotone. Nei cristalli singoli AlN di alta qualità, l'interazione non lineare tra gli impulsi laser a femtosecondi e i materiali viene utilizzata per ottenere un'elaborazione oltre il limite ottico di diffrazione. Inducono la formazione di difetti quantistici nel punto focale del laser, generano centri di colore e introducono nuovi livelli di energia dei centri di colore luminescenti nel bandgap.
Fig. 1 Diagramma schematico e test delle caratteristiche di emissione spettrale e quantistica di una singola sorgente di fotoni nella preparazione laser a femtosecondi del nitruro di alluminio
Gli esperimenti hanno dimostrato che la localizzazione della sorgente di fotone singolo può essere ottenuta su substrati di cristallo singolo AlN e la resa di elaborazione dei centri di colore luminescenti può raggiungere oltre il 50%. È interessante notare che la linea sorgente a singolo fotone preparata dal laser a femtosecondi ha una larghezza ridotta, uno spettro molto puro e una fluorescenza di fondo molto bassa, esibendo un singolo picco di emissione acuto e bande laterali dei fononi molto deboli. Dopo il calcolo, il fattore Debye della singola sorgente fotonica può raggiungere oltre il 65%. Monitorando i suoi cambiamenti spettrali e il conteggio dei singoli fotoni, si è scoperto che la sorgente di fotoni singoli preparata dal laser mantiene un'elevata stabilità sotto eccitazione ottica a lungo termine. Inoltre, il gruppo di ricerca ha anche condotto calcoli sui principi primi sui tipi di centri di colore preparati e ha proposto che i difetti legati all'ossigeno possano essere il tipo di sorgente di fotone singolo emesso da questi centri di colore.
Fig. 2 Caratteristiche ottiche di una singola sorgente di fotoni elaborata mediante laser a femtosecondi
2.Prospectdi Sorgente Fotonica Singola in Cristallo Singolo AlN
Il gruppo di ricerca ha utilizzato il laser a femtosecondi per posizionare e preparare una sorgente di fotone singolo ad alte prestazioni (larghezza di linea ridotta, elevato fattore Debye, elevata stabilità a temperatura ambiente) su un substrato di cristallo singolo AlN, con una resa superiore al 50%. Lo studio dimostra che i cristalli AlN possono ottenere un’emissione di fotone singolo stabile e di alta qualità a temperatura ambiente, mostrando l’enorme potenziale della prossima generazione di chip di fotoni quantistici e fornendo una tecnologia di preparazione affidabile per sorgenti di fotone singolo per lo sviluppo di piattaforme quantistiche integrate basate su nitruro di alluminio.
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