Quantenphotonik mit Mikroresonatoren in Diamant

Eine Methode zur Steigerung der Effizienz sowie der räumlichen und spektralen Emissionseigenschaften von Einzelphotonen-Emittern ist die Ankopplung dieser Emitter an optische Resonatoren. Damit die Eigenschaften der Emitter beeinflusst werden können, ist es notwendig, dass die Resonatoren ein sehr kleines Volumen auf der Skala der Lichtwellenlänge aufweisen. Wir verfolgen zwei Ansätze:

• Kopplung von NV-Zentren in Nanodiamanten an Faser-basierte Mikroresonatoren
• Realisierung von Mikroresonatoren in photonischen Kristallen in Diamant

Zur Realisierung von Faser-basierten Mikroresonatoren fertigen wir Mikrospiegel, die durch Lasermaterialbearbeitung in der Facette einer Glasfaser definiert werden, und die sehr kleine Dimensionen (~ 30 µm Durchmesser) und starke Krümmungen aufweisen. Diamant-Nanokristalle mit NV-Zentren werden per spin-coating auf einen Planspiegel aufgebracht, so dass ein linearer Resonator mit wenigen Mikrometern Länge entsteht. Wir beobachten die Emission einzelner NV-Zentren in eine Mode des Faser-Resonators.

Photonische Kristalle in Diamant werden aus quasi-einkristallinen Diamantfilmen auf einem Iridium-Materialsystem durch Ionen-Ätzmethoden (focused ion beam milling) hergestellt. Erste Teststrukturen mit einfachen Mikroresonatoren zeigen Resonatorgüten um Q ~ 500, die durch Fabrikationstoleranzen limitiert sind. Theoretische Studien zeigen, dass Güten bis 300.000 bei sehr kleinen Modenvolumina erreichbar sein sollten.