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飞秒激光直写金刚石NV色心

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      氮-空位(NV)色心是金刚石中一种常见的发光缺陷,其具有明亮而稳定的发光性质和较长的电子自旋相干时间而被广泛应用于量子计算与量子测量中;同时,NV色心在超分辨成像技术中也发挥着巨大作用,通过与各种超分辨成像显微镜结合,实现了对NV色心的纳米级分辨率成像,可以进一步实现高空间分辨率的量子传感。

      本文展示了一种全光学方法,高定位精度地在选定位置写入NV色心。超短脉冲激光处理用于通过局部退火在晶体内部产生和扩散缺陷。在激光退火过程中,在线荧光反馈提供了一旦检测到NV形成就停止处理的触发器。该方法为量子技术工程材料和器件的光学制造提供了一种新的工具。

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     使用单个种子脉冲在晶体中产生空位,然后以较低的能量产生脉冲序列以局部退火钻石。

还采用了在线荧光测量技术,该测量技术可提供反馈信息,以实现对过程的主动控制。 
     由于激光脉冲与钻石晶格之间存在高度非线性的相互作用,因此创建了NV中心,其定位精度低于制造激光器的衍射极限,小于聚焦激光光斑的一半宽度。创建高产量的单个中心的能力是开发制造使用单个色心作为量子技术中量子光源或量子比特设备路线的重要步骤。

     系统中使用空间光调制器(SLM)来校正高数值孔径油浸物镜将光聚焦在钻石表面时引起的球差。

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参考文献:Laser writing of individual nitrogen-vacancy defects in diamond with near-unity yield









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