飛秒激光直寫金剛石NV色心

氮-空位(NV)色心是金剛石中一種常見(jiàn)的發(fā)光缺陷，其具有明亮而穩(wěn)定的發(fā)光性質(zhì)和較長(zhǎng)的電子自旋相干時(shí)間而被廣泛應(yīng)用于量子計(jì)算與量子測(cè)量中;同時(shí)，NV色心在超分辨成像技術(shù)中也發(fā)揮著巨大作用，通過(guò)與各種超分辨成像顯微鏡結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)NV色心的納米級(jí)分辨率成像，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的量子傳感。

本文展示了一種全光學(xué)方法，高定位精度地在選定位置寫入NV色心。超短脈沖激光處理用于通過(guò)局部退火在晶體內(nèi)部產(chǎn)生和擴(kuò)散缺陷。在激光退火過(guò)程中，在線熒光反饋提供了一旦檢測(cè)到NV形成就停止處理的觸發(fā)器。該方法為量子技術(shù)工程材料和器件的光學(xué)制造提供了一種新的工具。

使用單個(gè)種子脈沖在晶體中產(chǎn)生空位，然后以較低的能量產(chǎn)生脈沖序列以局部退火鉆石。

還采用了在線熒光測(cè)量技術(shù)，該測(cè)量技術(shù)可提供反饋信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程的主動(dòng)控制。 由于激光脈沖與鉆石晶格之間存在高度非線性的相互作用，因此創(chuàng)建了NV中心，其定位精度低于制造激光器的衍射極限，小于聚焦激光光斑的一半寬度。創(chuàng)建高產(chǎn)量的單個(gè)中心的能力是開(kāi)發(fā)制造使用單個(gè)色心作為量子技術(shù)中量子光源或量子比特設(shè)備路線的重要步驟。

系統(tǒng)中使用空間光調(diào)制器（SLM）來(lái)校正高數(shù)值孔徑油浸物鏡將光聚焦在鉆石表面時(shí)引起的球差。

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濱松的高損傷閾值空間光調(diào)制器

濱松sCMOS相機(jī)－Fusion BT

飛秒激光微加工系統(tǒng)

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參考文獻(xiàn)：Laser writing of individual nitrogen-vacancy defects in diamond with near-unity yield

審核編輯黃宇