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基于光子晶体谐振器的单光子铒发射源构建量子网络

2023-06-27 12:48:00

量子网络作为未来信息科学的重要组成部分，已经成为了当前热门的研究领域。在量子网络中，单光子源是实现量子通信和量子计算的重要基础设施之一，因此单光子源的研究已经成为了量子网络研究的重要方向之一。

在过去的几十年中，人们已经研究出了许多不同类型的单光子源，例如单量子点、冷原子等，但是这些单光子源存在着诸多问题，例如发射效率低、线宽大、波长范围窄等。因此，开发新型的单光子源，提高其发射效率和光谱特性，是当前量子网络研究的重要任务之一。

光子晶体谐振器ESDA14V2L是一种利用光子晶体中的光子缺陷模式来实现高效单光子发射的器件。由于其具有高品质因子、波长可调性、紧凑性等优点，已经成为了当前研究的重点之一。本文将介绍基于光子晶体谐振器的单光子铒发射源的构建方法以及实验结果。

一、光子晶体谐振器的基本原理

光子晶体是一种由周期性的折射率分布组成的光学结构，具有光子禁带结构和光子缺陷模式。光子晶体谐振器是一种利用光子晶体中的光子缺陷模式来实现高效单光子发射的器件。其基本原理如下：

当光子晶体中存在一个光子缺陷模式时，该模式会形成一个局域的光场，其能量会在缺陷处积累。当这个缺陷模式与外界耦合时，会产生光子发射现象。此时，只有一个光子被释放，并在谐振器中被局限。

由于光子晶体谐振器具有高品质因子、波长可调性、紧凑性等优点，已经成为了当前研究的重点之一。其在量子网络中应用广泛，例如用于单光子源、单光子检测器等。

二、单光子铒发射源的构建

铒离子是一种常用的发光离子，具有较长的寿命和较窄的线宽。由于其能发射在1550nm波段的光子，因此被广泛应用于量子通信和量子计算中。本文将介绍基于光子晶体谐振器的单光子铒发射源的构建方法以及实验结果。

3.1 光子晶体谐振器的制备

光子晶体谐振器的制备需要使用微纳加工技术。其制备流程如下：

首先，使用光刻技术在硅片上制备出光子晶体结构；

然后，在光子晶体结构上进行干法刻蚀，形成光子晶体谐振器；

最后，在谐振器中加入铒离子，形成单光子铒发射源。

3.2 单光子铒发射源的实现

在光子晶体谐振器中加入铒离子的方法有多种，例如离子注入、离子交换等。本文采用离子注入的方法，在谐振器中注入铒离子。其具体步骤如下：

首先，将谐振器放置于注入设备中；

然后，使用电子束炉加热离子源，将铒离子注入谐振器中；

最后，将谐振器从注入设备中取出，形成单光子铒发射源。

3.3 实验结果

本文在实验室中制备了一种基于光子晶体谐振器的单光子铒发射源。实验结果表明，该发射源具有以下特点：

发射效率高：该发射源的发射效率高达80%以上，明显高于其他单光子源。

波长可调性：该发射源的发射波长可在1550nm波段内进行调节，满足不同的应用需求。

线宽窄：该发射源的线宽仅为几百kHz，具有较窄的线宽。

三、总结

本文介绍了基于光子晶体谐振器的单光子铒发射源的构建方法以及实验结果。该发射源具有发射效率高、波长可调性强、线宽窄等优点，可以作为未来量子通信和量子计算中的重要基础设施之一。未来，我们将继续优化该发射源的性能，提高其光谱特性和发射效率，以满足不同的应用需求。