混合量子光子腔的可扩展构建

纳米光子谐振器是众多应用的核心，从高效的自旋-光子接口到激光振荡器和精密传感。一种领先的方法是光子晶体(PhC)腔，它已在多种介电材料中实现。然而，将概念验证器件转化为功能系统带来了许多额外的挑战，这激发了结合以下特点的新方法：具有波长尺度约束和高品质因数的谐振器；与集成电路和光子电路的可扩展集成；电学或机械腔调谐；以及在许多情况下，需要与功能材料（如III-V族半导体或用于自旋-光子接口的金刚石色心）进行异质集成。在这里，我们引入了一个概念，该概念在两种异质光学材料之间选定波长处生成一个可精细调谐的PhC腔，这些材料的特性满足上述要求。该腔体是通过将具有简单波导几何形状的难加工材料压印在由介电光栅反射镜和主动调谐能力组成的易加工材料上形成的。我们针对基于腔耦合金刚石色心阵列的多路量子中继器这一特别具有挑战性的设计问题，对我们的概念进行了模拟，实现了理论上计算的无载品质因数$10^6$，模体积小至$1.2(\lambda/n_{eff})^3$，并保持了>60%的荧光光子总片上收集效率。我们进一步介绍了一种对这些混合金刚石腔进行低功率压电调谐的方法，模拟了高达~760 GHz的光学共振位移和独立于腔调谐的5 GHz色心荧光调谐。这些结果将推动集成光子腔向更大规模、与系统兼容的设计发展。