硅中腔增强单光子发射体的光谱稳定性

硅因其无与伦比的纳米加工成熟度,成为量子信息处理极具前景的硬件平台。为此,研究人员通过将色心或铒掺杂剂集成至纳米光子谐振腔中,实现了高效单光子源与自旋-光子界面。然而该方法的光学发射频率会经历长时程与短时程的时间波动,制约了量子应用的发展。该工作系统研究了这一局限,并证明通过将发射体集成至法布里-珀罗谐振腔(而非纳米光子谐振腔)可有效缓解该问题——更大的光学模式体积既能增大与晶体表面的距离,又可降低掺杂浓度,从而减少注入诱导的晶体损伤及发射体间相互作用。实验结果显示光谱扩散线宽缩减至4.0(2)MHz,降幅达五倍。对同位素纯化28-Si晶体的计算与实验研究表明,残余的光谱不稳定性源于激光诱导的电场波动。与纳米光子器件直接对比发现,在相同腔内功率下不稳定性显著降低,使光学相干时间提升十倍至20(1)微秒。这些发现标志着硅基光谱稳定自旋-光子界面研发取得关键突破,为量子网络与分布式量子信息处理等潜在应用铺平道路。
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提交arXiv: 2026-01-20 07:07

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