Metasurface-enabled single-photon generation

Danylo Komisar*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

84 Downloads (Pure)

Abstract

Det centrale fundament inden for det hastigt udviklende kvanteinformationsteknologiske felt, er en enkelt-foton kilde. Kvanteeffektiviteten af kilden, spektret og polarisationen af de emitterede fotoner er kritiske faktorer for at opnå fremskridt inden for kvantekommunikation og -kryptografi verdenen såvel som for sensorer og metrologi.
De eksperimentelle studier beskrevet i denne afhandling fokuserer på, at opnå kontrol over emissionen af enkelt-fotonernes polarisation og retningsbestemmelse ved, at koble kvanteemittere til plasmoniske metaflader. Endvidere er der givet en omfattende teoretisk analyse, som beskriver designet og optimeringen af de plasmoniske metaflader. Dette medvirker til at bygge et rammeværk til at opnå enhver ønsket funktionalitet for enkelt-fotonkilderne.
Først demonstreres en kollimeret og radialt polariseret enkelt-foton stråle, ved at koble en kvælstof-vakance i en nanodiamant til en plasmonisk målskiveantenne. På en chip blev der fabrikeret en antenne på 15 µm omkring nanodiamanten, ved brug af elektronstrålelitografi. Enkelt-foton emissionen blev valideret med målinger af andenordens korrelationsfunktionen. Den efterfølgende teoretiske analyse af antennedesignet førte til udviklingen af et sæt regler, der kan bruges til optimeringen af metafladerne. Derefter diskuteres multikanal enkelt-foton-generering, som viser, hvordan retningsbestemmelsen og polarisationstilstanden af hver kanal kan kontrolleres uafhængigt. Den plasmoniske metaflade implementeret i denne undersøgelse blev designet ved hjælp af en ny spredningsholografisk tilgang. Desuden blev splittelsen af en enkelt-foton emissionsstråle til to stråler, med ortogonale polarisationstilstande, vist eksperimentelt ved at koble et germanium-vakancecenter til en metaflade designet med denne metode. Reproducerbarheden af eksperimenterne blev bekræftet ved kobling af multi-foton silicium-vakance nanodiamanter til metaflader. Eksperimentel verifikation af en metafalde designet som et hologrammønster og beregnet med en overflade-plasmon-polariton som referencebølge, baner vejen for at designe metaflader, der kan generere enhver foruddefineret emissionsintensitetsfordeling og polarisationsfordeling i fjernfeltet. Anvendelsen af denne metode strækker sig over en bred vifte af kvanteemittere, hvilket skaber en ny ramme for design af enkelt-fotonkilder.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Bozhevolnyi, Sergey I., Hovedvejleder
  • Kumar, Shailesh, Bivejleder
Dato for forsvar4. jul. 2023
Udgiver
StatusUdgivet - 20. jun. 2023

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Metasurface-enabled single-photon generation'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater