面向微集成的金刚石NV色心与微波天线的一体化

针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法.采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过高频结构模拟器(HFSS)仿真软件确定天线尺寸.利用微纳加工工艺和磁控溅射技术在金刚石NV色心表...     

光纤变成微谐振器 英研制光子计算机有突破

英国光纤实验室的研究人员通过对普通光纤的直径在纳米尺度上进行微调,让光纤成为了制造光子计算机必需的微谐振器,为研制出光子计算机开辟了新方法。相关的研究发表在美国光学学会最近出版的《光学快报》上。光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻     

基于局域表面等离激元Ag/金刚石纳米结构增强NV色心的荧光

在纳米光子学中,提高量子点的荧光强度是一个需要迫切解决的难题,现如今金属纳米材料是一种很有前途的荧光增强材料。通过Ag纳米结构的局域表面等离激元效应提高金刚石氮空位(NV)色心的荧光强度,制备了不同的Ag纳米结构(Ag纳米柱阵列和Ag纳米层),探究其对NV色心的荧光增强效果。结果表明,Ag纳米柱阵列结构的加入可将金刚石NV色心的荧光强度增强2.30倍,Ag纳米层结构的加入可将其增强1.54倍。并且,采用时域有限差分(FDTD)法分析激发和发射两个过程发现,金刚石NV色心的荧光强度随着Ag纳米结构的加入显著提高,由此验证了实验中Ag纳米结构对金刚石NV色心荧光增强的效果。此研究结果为后续进行量子点光致发光器件的设计提供了一定的参考。     

在室温下产生单光子

根据需要产生单个光子是量子光学的一项重要而困难的任务。这样的光子源可用于量子密码术，此时每个信息位均以单光子编码，还可用于制作量子逻辑门。最近，德国和法国的两个研究组指出人造金刚石中的某些缺陷可以在室温下发射单光子。此外，这种固体器件具有很高的量子效率，并有可能微型化，因而是能实际应用的单光子源的理想候选者。 为在实验上产生单光子，过去曾利用单个囚禁的原子或采用在固体光发射器件中控制电子与空穴再复合的方法。但这些方法在技术上相当困难，且需低于1 K的低温。虽然能在室温下令荧光染料分子产生单光子，但在发射约109个光子后染料分子便急剧变坏。 慕尼黑的Ludwigs-Maximilans大学与加欣的马普量子光学研究所组成的研究组和法国奥赛光学研究所小组在最近的实验中用金刚石中的所谓色心作为单光子发射器。色心这种杂质是在氮原子代替碳原子时天然形成的。由于这些氮原子紧密地束缚于晶体中，色心十分稳定。 两个研究组均采用将激光束在金刚石内聚焦成极小点的方法来激发个别色心，使其发射波长范围为640～750 nm的光。发出的荧光经滤波后再经分束片分束进行分析。用两个光二极管分别检测分束器的反射光和透射光，从而测量两路信号之间作为时间函数的相关性。来自两个检测器的信号之间不存在相关性表明只产生单个光子。 德国小组发现在发射了约1013个光子后光的特性仍保持不变，因而声称这种固体器件的超级稳定性使其作为实用单光子源的前景“极为诱人”。 (蔡惟泉)     

有机半导体光学微盘及其带有微结构的微盘

光学微盘是光学微腔的一种典型结构．它以一个折射率高于周围介质的光波长尺度的微型光盘为光学谐振腔．半导体光学微盘以其相对简单的制造工艺,高品质因子Ｑ成为微腔物理和微腔器件很好的研究对象．在光学微盘中存在高品质因子的回音壁模式,沿微盘平面向外传播．解决微盘模式的非定向性发射,使光学微盘器件走向应用,是近年来光学微腔研究的一大热门课题． “光子晶体”的概念最早是由Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈ于１９８７年首先提出的．近年来随着深亚微米微加工技术的发展为光子晶体的实验研究创造了条件,各种光子晶体特别是二维光子…     

半导体材料研究的新进展(续)

(上接第3期14页) 3 光学微腔和光子晶体 3.1 光学微腔 光学微腔[4]是指具有高品质因子而尺寸与谐振光波长(1)相比拟的光学微型谐振器.随着MBE、MOCVD生长技术和现代微细加工技术发展,设计、制造有实用价值的光学微腔已成为可能,并在低(无)阈值激光器研制方面取得了很大进展.大家知道,当光腔尺度与光波长可比拟时,腔内真空场的光学模式数则大大减小(1个光学模式占有相当于(λ/2n)3大小体积,n为介质有效折射率).     

基于金刚石NV色心的微角度测量方法

微角度检测在超高精密测量技术中有着重要的作用。研发了一种基于金刚石氮空位(NV)色心的微角度测量方法,其中NV色心作为微角度检测敏感单元,共轴磁铁作为传感单元,由于共轴磁铁和金刚石NV轴之间不同夹角下的磁场强度变化引起金刚石NV色心自旋能级波动,从而使得光学探测磁共振(ODMR)信号漂移,通过闭环频率锁定技术的实时追踪实现微角度的检测。并对微角度测量进行了理论分析和实验测试,理论和实验结果基本一致。同时,通过该方法获得了微角度传感检测的灵敏度为200 mV/deg,分辨率为10 mdeg,系统的等效角度均方根噪声为0.69 mdeg/Hz^1/2。该方法为高灵敏度、高分辨率的微角度检测提供了新的手段,同时实时追踪金刚石多个NV轴,可实现姿态矢量微角度检测。     

基于复合纳米振子系统的光学质量传感

提出了一种基于金刚石氮-空位(NV)色心-悬臂梁复合纳米机械振子系统,该系统将金刚石NV色心镶嵌在悬臂梁底部,再通过悬臂梁振动形变产生的应力与金刚石NV色心中的自旋电子相互作用实现耦合;进而利用光学泵浦-探测技术研究了该系统的相干光学特性。首先,基于该复合系统的探测吸收谱,提出了一种测量纳米机械振子频率的全光学方案,在红边带的条件下,可通过观测吸收谱中两尖峰的分裂宽度从而确定自旋与纳米机械振子的耦合强度。其次,由于金刚石NV中心电子自旋具有较长的相干时间,因此进一步基于该复合系统提出了一种室温下全光学质量传感方案。     

微纳结构非线性光学及其全光调控研究进展

随着微纳光子学的提出与发展,在纳米尺度上操纵和控制光子,发展体积更小、速度更快的光子器件,实现全光集成,已成为国际研究前沿和新技术领域竞争的热点。其中以光子晶体、表面等离激元微纳结构为代表的微纳光子学研究及应用在国际上得到了广泛的重视和蓬勃发展,特别是其微纳结构的非线性光学、全光调控与器件的应用研究。本文主要综述了微纳结构增强的光学非线性及其非线性全光调控研究进展。     

基于微环谐振器的光学数模转换器

提出并实现了一种基于微环谐振器的2位光学数模转换器,该器件由2个微环谐振器和2个1×2光学分束器构成,该结构可以将一个2位电学数字信号转换成一个光学模拟信号。在SOI晶圆上制备出该光学数模转换器,采用热光效应调制微环谐振器。在输出端口得到光学模拟信号。通过静态光谱测试,确定微环谐振器的驱动电压和工作波长,最终展示了50ksamples/s的动态数模转换结果。     

当代信息高速公路技术中的理想光源—微碟激光器研制成功

在微腔激光和光子集成新一代信息处理技术中具有广阔应用前景的新型微腔激光器———微碟激光器最近由中科院长春光机所研制成功。随着现代超薄材料生长和各种超精细加工技术发展而诞生的微腔激光器，已经成为当代半导体研究领域的热点之一。微腔光子技术，如微腔探测器、微腔谐振器、微腔光晶体管、微腔放大器及其集成技术研究的突破，可使超大规模集成光子回路成为现实。因此，世界上包括美国在内的一些发达国家都在微腔激光器的研究方面投入了大量的人力和物力。在国家自然科学基金和吉林省科委的资助下，长春光机所的科技人员打破常规，…     

基于两个级联微环谐振器的电光导向光学译码器

实现了一种基于两个级联微环谐振器的导向光学译码器,器件利用等离子色散效应调制微环谐振器。制作工艺误差引起的两个微环谐振器谐振波长不一致可以通过微环谐振器上热极进行补偿。码型发生器产生的两个电学信号驱动微环谐振器的PIN结,由四个输出端口的光学信号给出译码结果。通过对器件的静态光谱分析得到工作波长和驱动电压。最终实现了100Mbps的动态译码结果。     

金属微纳结构操控单光子发射体辐射

固态单光子发射体结合了原子优异的光学性质(如高可靠性、高效率等)和固态系统的便利性与可扩展性,在可扩展光量子信息技术中扮演着重要角色。然而,真空中固态单光子发射体所发出的单光子具有自发辐射速率低、各向同性发射、发射光的偏振状态随机等不足,这极大地限制了其应用。金属微纳结构支持的表面等离激元具有巨大的场增强和亚波长的场束缚效应,因此国内外研究者设计了各种各样的金属微纳结构来操控单光子发射体的辐射。本研究综述了金属微纳结构在单光子发射体自发辐射增强、准直辐射、辐射偏振操控等方面的研究进展,重点比较了性能指标并分析了操控机制。最后,对金属微纳结构操控单光子发射体辐射的挑战和发展进行了展望。     

金刚石NV色心的制备及应用(特邀)

氮空位(NV)色心是一种具备优良光学性能和自旋特性的金刚石发光缺陷,由于其在超分辨成像技术、量子测量、量子信息等领域的巨大应用前景,近年来吸引了许多科研工作者的关注.目前,人们已经通过多种方法制备浓度和空间位置可控的高品质NV色心,并推动了其在量子传感和量子信息等领域的应用.NV色心的电子自旋哈密顿量与多种物理量有关,...     

基于微环谐振器的超紧凑微波光子滤波器的设计

设计了一个基于硅基微环的超紧凑的微波光子滤波器,用以提高硅基微波光子器件的集成密度及增大其自由光谱范围。根据波导光学的耦合模理论,推导出双环并联谐振器的光强传递函数,并通过仿真得到了微波光子滤波器的输出特性。结果表明:当微环半径为0.79 m时,谐振器中直波导宽度为0.3 m,环形波导宽度为0.25 m,滤波器的自由光谱范围为140 nm,插入损耗为0.5 dB,半峰全宽为7 nm,此滤波器的性能完全满足粗波分复用系统的要求。     

飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用（特邀）

多年来,硅和锗一直被认为是合适制造探测器和集成光电器件的半导体材料。然而,与金刚石基器件相比,这种四价半导体的抗辐射损伤能力较差,而且在恶劣条件或高强光辐照下,器件的稳定性较差。近年来,金刚石因其优异的光学与力学性能,在集成光子学、传感和量子光学等领域展现了巨大的应用前景。利用激光诱导金刚石微纳结构为开发金刚石上的三维光互联器件、全碳探测器、石墨电阻以及单光子源的实现提供了一种有潜力的制备方法。阐述了飞秒激光诱导金刚石色心形成、石墨化和折射率变化的物理机制,在此基础上,进一步探究了飞秒激光诱导金刚石微纳结构在单光子源、传感器和光波导等方面的应用,并对未来发展趋势进行了展望。     

半导体微环谐振器及在光学滤波中的应用

半导体微环谐振器结构紧凑、集成度高、功能丰富,是构建超大规模集成光子回路最有潜力的代表之一．目前,它已广泛用于通信滤波器、延迟线、传感器、微激光器和光存储等方面,并成为集成光电子、光通信和光信息处理领域的研究热点．在研究介绍微环谐振器的工作原理基础上,分析了侧向耦合和垂直耦合微环谐振器的优缺点,总结了半导体微环谐振器在无源、有源和可调谐滤波器方面的应用和最新进展．     

串联微环谐振器的光学特性

根据波导耦合方程,导出了串联微环谐振器的传输矩阵,并分析了环数、环间耦合系数以及损耗对串联微环谐振器输出特性的影响。数值模拟表明,串联微环谐振器具有光子带隙的特征。当环数增加时,通带内满足谐振条件的波长数增加;当环间耦合系数增加时,可使通带带宽加宽;通过适当选择环数和环间耦合系数,可以实现滤波和波分复用(WDM)的功能。选用脉冲宽度为50 ps的高斯型激光脉冲注入微环谐振器,发现当环间耦合系数较小时,出射脉冲相对于入射脉冲具有光学延迟的效果,并且随着环数的增加,延迟时间逐渐增大,而当环间耦合系数较大时,光学延迟效果不明显。     

新型微环谐振器双环模型的滤波特性分析

设计了一种新型微环谐振器,其基本结构由圆角正方形波导与条形波导组成.根据波导光学的耦合模理论,推导出双环串联和双环并联的圆角正方形微环谐振器的光强传递函数,并通过数值模拟分别获得这两种模型的谐振器的输出特性.结果表明:与传统的圆环形谐振器相比,圆角正方形结构微环谐振器的输出光谱的通带宽、谐振峰平坦、自由光谱区范围大,更...     

Ib型金刚石NV色心系综的制备及磁检测北大核心

弱磁探测在材料科学、基础物理和磁强计等众多领域都具有重要的研究意义。由于金刚石氮空位（NV）色心的弱磁探测兼具高灵敏度与高空间分辨的优点,因此对利用Ib型金刚石NV色心系综进行磁检测的技术进行了研究。通过电子辐照并高温真空退火的方法制备了Ib型金刚石NV色心系综,并对其光致发光光谱进行了测试与分析;利用自主搭建的共聚焦系统成功检测了在不同微波功率作用下的NV色心系综电子自旋共振谱;测试并分析了常温常压中不同磁场条件下的NV色心系综电子自旋共振谱。结果表明,金刚石〈100〉晶轴方向的磁场使得NV色心系综基态的ms=＋1态与ms=-1态的共振峰产生4.053 MHz/Gs的能级分裂,利用此金刚石NV色心系综可实现4.98μT的弱磁检测。