金刚石光波导中色心的高效光子探测

使用金刚石色心的实验的一个常见限制是，由于金刚石界面处的折射，显微镜物镜的光子收集效率较低。我们提出了一种简单有效的技术，通过检测经由全内反射被引导至金刚石边缘的光，来探测平面金刚石样品中色心发射的大部分光子。我们描述了一种使用这种“侧向收集”技术的原型装置，其光子收集效率约为47%，光子探测效率约为39%。我们将侧向收集带来的增强信噪比应用于使用氮空位（NV）色心集合的交流磁力测量，并展示了100 pT/√Hz的交流磁场灵敏度，该灵敏度受限于原型侧向收集装置中的附加噪声。技术优化应能显著进一步提高光子收集和探测效率，并利用侧向收集技术实现亚皮特斯拉级的NV金刚石磁场灵敏度。