一种基于腔的金刚石色心光学天线

高效的原子-光子接口是将金刚石中的色心等固态发射体集成到量子技术应用中的关键要求。然而，与其他固态发射体一样，由于块体宿主晶体的高折射率，其向自由空间的发射受到严重限制。在本工作中，我们提出了一种基于镀在薄单晶金刚石膜上的两片银镜的平面光学天线，形成平面 Fabry-Pérot 腔，从而改善单个锡空位（SnV）中心的光子提取及其与激发激光的耦合。在对结构进行数值优化后，我们发现可收集光子率相比块体情况在理论上增强 60 倍。作为原理验证演示，我们制备了亚 $\mu$m 厚度的单晶金刚石膜，并通过离子注入产生 SnV 中心。采用非共振激发，我们展示了可收集光子率 6 倍增强，单个 SnV 中心每秒最多输出五十万个光子。同时，我们观察到所需激发功率的显著降低，与理论相符，证明了该腔作为光学天线的功能。由于其平面设计，该天线同时对膜内大量发射体提供类似增强。此外，单片结构提供高机械稳定性，并可简便地实现大多数自旋-光子接口实现所需的低温条件下工作。