使用啁啾圆形介电光栅从块体金刚石中的量子发射体实现近单位收集效率

在量子信息处理和增强传感应用中，金刚石中 nitrogen vacancy (NV) 中心的荧光高效收集是自旋相关光学读出的基础。由于金刚石的高折射率和偶极子的非定向发射，从金刚石基板内 NV 中心的光学收集效率主要受到限制。在此，我们引入了一种基于啁啾圆形介电光栅的光收集策略，该光栅可以制作在块体金刚石基板上，以重定向发射体的远场辐射方向图。使用遗传优化算法，这些光栅设计对 NV 零声子线实现了 98.9% 的收集效率，该收集是从金刚石背面使用数值孔径为 0.9 的物镜完成的。在 NV 的宽带发射光谱 (600-800 nm) 范围内，该啁啾光栅对 1.42 的数值孔径实现了 82.2% 的收集效率，对应于同样位于金刚石背面的油浸物镜。我们提出的块体介电光栅结构适用于高折射率主体材料中的其他光学活性固态量子发射体。