使用兼容深紫外的双层光栅实现单孔径双色离子寻址

多波长光学控制是捕获离子硬件的扩展瓶颈：独立的表面发射器占用陷阱面积，中断电极平面，并使离子附近对电荷敏感的电介质暴露。在此，一个垂直堆叠的氮化硅双层将 $^{40}\text{Ca}^+$ 量子比特和重泵场——729.4 nm 和 854.2 nm——通过一个电极孔径路由，并将它们聚焦在芯片上方 $70~\mu\text{m}$ 处。三维 FDTDX 预测沿离子链轴存在 $0.10~\mu\text{m}$ 的色差和近衍射极限的光斑。多层深度分配切趾通过将耦合包络编码为离散刻蚀深度而非亚分辨率线宽，使该架构成为可能。每个特征都满足严格的 $\ge 125\text{ nm}$ 深紫外规则，每层使用两个刻蚀深度。全三维 Ansys Lumerical 仿真独立地证实了方向性、光斑尺寸和重泵效率。在通用的 50 nm 报告网格上，兼容深紫外器件在量子比特通道上与 63 nm 电子束设计相匹配（聚焦效率 0.286 对 0.288；串扰 -24.0 对 -24.3 dB）。因此，垂直集成将波长扩展从横向占地面积惩罚转化为层分配问题，为捕获离子和其他芯片寻址量子发射器提供了通向紧凑多色光子接口的途径。