AWGs zur Manipulation von freien Stellen bei Diamond

Farbzentren im Diamantkristallgitter, in denen Kohlenstoffatome durch andere Atome ersetzt werden und benachbarte Gitterplätze leer sind, bieten faszinierende Möglichkeiten für Festkörper-Quantenstrahler. Einer der vielversprechendsten Kandidaten ist das Stickstoff-Vakanz-Farbzentrum (NV) aufgrund seiner hellen Einzelphotonenemission und optisch zugänglichen Spins. Diese Eigenschaften machen es zu einem potenziellen Akteur in der zukünftigen Quanteninformationsverarbeitung und in Quantennetzwerken. Allerdings stehen NVs vor dem Problem der effizienten Emission in die Null-Photonen-Linie (ZPL), die für die Erzeugung ununterscheidbarer Photonen erforderlich ist.

Im Vergleich dazu zeigen Quantenpunkte sehr vielversprechende Emissionseigenschaften, sind aber durch Kohärenzzeiten im Bereich von einigen zehn Nanosekunden eingeschränkt. Dies unterstreicht die Herausforderungen bei der Arbeit mit Festkörper-Quantenemittern, insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung von Einzelphotonen und die Kohärenzzeiten der Emitterspins.

Jüngste Untersuchungen von Gruppe-IV-Vakanzzentren in Diamant, insbesondere SiV-Zentren, zeigen vielversprechende Ergebnisse, die diese Herausforderungen angehen. Insbesondere Zinn-basierte Leerstellenzentren weisen günstige Eigenschaften für die Integration in nanophotonische Plattformen auf und bieten eine starke und stabile Null-Photonen-Emission in Nanostrukturen.

Leerstellenzentren der Gruppe IV in Diamant weisen aufgrund ihrer kristallographischen Symmetrie hervorragende optische Eigenschaften auf, die eine Emission in die ZPL begünstigen. SiV-Zentren weisen Kohärenzzeiten von 10 ms bei 100 mK auf, während für SnV ähnliche Zeiten bei einer leicht zugänglichen Temperatur von 2 K unter Verwendung eines Standard-Helium-Kryostats vorhergesagt werden.

Bei der Manipulation einzelner Zinnvakanzzentren in Diamant spielt die Arb-Rider AWG-5000-Serie eine entscheidende Rolle. Dieser fortschrittliche Wellenformgenerator ermöglicht eine präzise Steuerung der experimentellen Pulsfolgen. Durch die Erzeugung schmaler elektrischer Rechteckpulse mit hoher Amplitude (>1,5 V) steuert der AWG-5000 einen elektro-optischen Amplitudenmodulator, der kurze Laserpulse erzeugt.

Dieser Mechanismus ermöglicht die Erzeugung von optischen Impulsen mit einer nahezu gaussförmigen Form, die ein Full-Width-Half-Maximum von nur 280 ps aufweisen. Darüber hinaus wird der AWG-5064 zur Ansteuerung eines elektro-optischen Phasenmodulators eingesetzt, der die Erzeugung von Frequenzseitenbändern bis zu etwa 2 GHz ermöglicht. Diese Fähigkeit ermöglicht die Ansteuerung von zwei optischen Übergängen mit phasenstabilen Laserfeldern.

Die digitalen Ausgangskanäle des AWG-5000 erfüllen einen doppelten Zweck: Sie steuern akusto-optische Amplitudenmodulatoren und erzeugen Triggerimpulse für die zeitliche Steuerung von Versuchsabläufen. In Zukunft wird die Echtzeitsteuerung von Messprotokollen in Abhängigkeit von den Ergebnissen bestimmter Ablesungen innerhalb der Sequenz von wesentlicher Bedeutung sein. Die Integration fortschrittlicher Wellenformgeneratoren wie der Arb-Rider AWG-5000-Serie ebnet den Weg für eine verbesserte Steuerung und Manipulation von Quantenemittern und fördert so Fortschritte in der Quanteninformationsverarbeitung und verwandten Technologien.