Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-23019
Titel: Deterministic coupling of single color centers to monolithic photonic crystal cavities in single crystal diamond
Sonstige Titel: Deterministische Ankopplung einzelner Farbzentren an monolithische photonische Kristallresonatoren in einkristallinem Diamant
Verfasser: Riedrich-Möller, Janine Simone
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2014
SWD-Schlagwörter: Photonik
Resonator
Emitter
Freie Schlagwörter: photonische Kristalle
Emitter-Resonator-Kopplung
Farbzentren
einzelne Emitter
photonic crystals
cavity quantum electrodynamics
color centers
single emitters
DDC-Sachgruppe: 530 Physik
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: This thesis demonstrates the deterministic coupling of single optically active nitrogen-vacancy (NV) and silicon-vacancy (SiV) color centers to monolithic photonic crystal cavities (PhC) realized in single crystal diamond. To this end, we develop a fabrication technique for 300nm-thick free-standing diamond membranes, and their subsequent patterning using focused ion beam milling. This allows us to observe PhC modes of high optical quality factors (Q = 1,200) and small mode volumes (1(λ/n)) in single crystal diamond for the first time. For controlled coupling of single color centers to PhC modes, we develop a method for frequency-tuning the monolithic cavities, and for controlling the emitter-cavity positioning based on two approaches. The first approach involves targeted implantation of nitrogen ions at the center of PhCs fabricated in ultra-pure diamond. Using confocal spectroscopy, we confirm the successful creation of a few NV centers within the PhCs. The second approach is based on a tailored fabrication process of PhCs around pre-characterized single SiV centers. The controlled coupling to the nanocavity allows for the demonstration of resonant enhancement of the spontaneous emission rate of a single SiV center by a factor of 2.7, along with a 19-fold increase in intensity. The results of this work are promising for future applications in quantum information science, such as the realization of efficient cavity-enhanced single photon sources, or spin-photon interfaces for the use in quantum networks.
Diese Dissertation demonstriert die kontrollierte Ankopplung einzelner optisch aktiver Stickstoff- (NV) und Silizium-Fehlstellen (SiV) Farbzentren an einen monolithischen photonischen Kristallresonator (PhC), hergestellt in einkristallinem Diamant. Zu diesem Zweck entwickeln wir ein Verfahren zur Fabrikation 300nm-dünner Diamantmembranen und deren gezielter Strukturierung mittels fokussierten Ionenstrahl-Abtrags. Damit werden erstmals optische Moden hoher Güte (Q = 1200) und kleiner Modenvolumina (1(λ/n)) für PhCs in einkristallinem Diamant nachgewiesen. Zur gezielten Ankopplung einzelner Farbzentren entwickeln wir eine Methode zur Frequenzabstimmung der monolithischen PhCs und zur kontrollierten Emitter-Resonator Positionierung basierend auf zwei Ansätzen: Der erste Ansatz besteht in der gezielten Implantation von Stickstoffionen in die Mitte eines PhCs aus hochreinem Diamant. Mittels Konfokalspektroskopie wird die erfolgreiche Erzeugung einiger weniger NV Zentren in den PhCs zweifelsfrei nachgewiesen. Im zweiten Ansatz wird ein PhC um die Position eines einzelnen, voruntersuchten SiV Zentrums strukturiert. Die gezielte Ankopplung ermöglicht die Überhöhung der Spontanemissionsrate einzelner SiVs um einen Faktor 2,7 bei gleichzeitiger 19-facher Intensitätserhöhung. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind vielversprechend im Hinblick auf Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung wie z.B. der Realisierung effizienter Einzelphotonenquellen und Spin-Photon Schnittstellen eingebettet in einem Quantennetzwerk.
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-59681
hdl:20.500.11880/23075
http://dx.doi.org/10.22028/D291-23019
Erstgutachter: Becher, Christoph
Tag der mündlichen Prüfung: 17-Dez-2014
SciDok-Publikation: 22-Dez-2014
Fakultät: Fakultät 7 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät II
Fachrichtung: NT - Physik
Ehemalige Fachrichtung: bis SS 2016: Fachrichtung 7.2 - Experimentalphysik
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

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