麻省理工學(xué)院對光子集成的量子發(fā)射器的光譜特性研究

研究領(lǐng)域

量子研究，PL光譜，單光子源，光子集成電路

現(xiàn)階段，光子器件越來越小型化并逐步應(yīng)用于光子集成電路中，其可以與晶圓規(guī)模的硅制造技術(shù)兼容。該技術(shù)優(yōu)勢明顯，規(guī)模大，成本低，然而，仍有許多挑戰(zhàn)有待解決，因此世界各地的研究者都在積極研究。例如，集成用于通信、計算、信息處理和量子增強(qiáng)傳感的量子測量協(xié)議需要有源單光子量子光源，其中，發(fā)射器需嵌入在固態(tài)材料中。一些性能最高的單光子源候選產(chǎn)品，如鉆石色中心在實驗室的小尺度測量中工作良好，但似乎很難集成到大型晶圓片規(guī)模的制造過程中。

麻省理工學(xué)院的Dirk Englund和紐約城市大學(xué)(City University of New York) 的Gabriele Gross等研究人員正在探索可以應(yīng)用在晶圓片尺度上的量子發(fā)射的新主體材料，并通過包括光譜測量等方法來表征其特性。他們最近發(fā)表的研究文章中描述了在氮化鋁中注入氦離子并在1000℃高溫退火后形成的量子發(fā)射器。

用光學(xué)測量表征所研究器件的光致發(fā)光發(fā)射(Photo-luminescence，PL)光譜。它們表征了發(fā)射體的壽命和光子統(tǒng)計量，以表明它們具有單個光子源的特征。光譜測量方面，該小組使用Isoplane 320光譜儀測量從室溫到5K低溫間不同溫度下的PL光譜。由于發(fā)射體嵌入在固態(tài)晶體中，其與晶體晶格的相互作用對光學(xué)器件的光學(xué)特性和性能有著重要的影響。PL光譜的溫度依賴性可以表征晶格與發(fā)射體的相互作用以及光發(fā)射(退相)的量子力學(xué)相干性的影響。

研究人員總結(jié)說，他們的工作“顯示了將高質(zhì)量量子發(fā)射體集成到由氮化鎵鋁家族材料組成的廣泛技術(shù)中的潛力”，并可能促進(jìn)將量子發(fā)射器集成到片上光子器件中。

使用儀器

IsoPlane

儀器特征

IsoPlane?是現(xiàn)今市面上性能理想的成像光譜儀。IsoPlane利用TPI高效光學(xué)涂層技術(shù)，可以確保其大的吞吐量和信噪比。憑借其獨特的光路設(shè)計，它完全消除了焦平面上的散光，可實現(xiàn)優(yōu)越的多通道功能。

無散光Schmidt-Czerny-Turner設(shè)計

高光譜分辨率

優(yōu)越的信噪比

智能波長和強(qiáng)度校準(zhǔn)

審核編輯 黃宇