碳化硅中自旋缺陷的超辐射用于微波激射器应用

微波激射器作为电信放大器已为人所知数十年，但由于其极端的工作条件需要真空技术和低温，其应用受到严重限制。最近，基于并五苯和金刚石中光泵浦自旋态的新一代微波激射器已被发明。在本研究中，我们为基于碳化硅（SiC）中自旋 S = 3/2 的硅空位（V$_{Si}$）缺陷的微波激射器铺平了道路，以克服微波产生阈值，并讨论了这种高度发达的自旋宿主材料的优势。为了实现粒子数反转，我们将 V$_{Si}$ 光泵浦到其 $m_S$ = $\pm$1/2 自旋子态，并通过施加外部磁场来调节塞曼能量分裂。通过这种方式，满足了在 10 GHz 范围内通过共振微波产生受激发射的先决条件。在实现微波激射器的过程中，我们能够系统地解决一系列子任务，从而改善了 SiC 样品的基础相关物理参数。其中，我们研究了泵浦效率作为光激发波长以及磁场与缺陷对称轴之间夹角的函数，以提高粒子数反转因子，这是目标微波振荡器的一个关键品质因数。此外，我们开发了一种高 Q 值蓝宝石微波谐振器（Q ~ 10$^4$ - 10$^5$），利用它我们发现了超辐射受激微波发射。总之，具有优化的自旋缺陷密度和自旋弛豫率的 SiC 正稳步成为具有广泛应用前景的合适微波激射器增益材料。