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Absolute Einzelphotonenquelle: Messunsicherheit des Photonenflusses bestimmt und winkelabhängige Abstrahlungscharakteristik gemessen

11.12.2017

Einzelphotonenquellen sind vielversprechende Kandidaten als Standardquelle für die Radiometrie. Ziel ist es, solche Quellen für die effiziente Kalibrierung der Detektionseffizienz von Einzelphotonendetektoren zu nutzen, da ihre Photonenstatistik keinen Einfluss auf das Kalibriersignal hat. Momentan werden hierfür noch stark abgeschwächte Laser verwendet, welche eine gewisse Wahrscheinlichkeit zur Multi-Photon-Emission besitzen und die Messung daher korrigiert werden muss. Die Verwendung einer puren Einzelphotonenquelle würde eine solche Korrektur der Messung unnötig machen und das Messunsicherheitsbudget verringern.

Mit der absolut zurückgeführten Einzelphotonenlichtquelle auf Basis eines Stickstoff-Fehlstellen Farbzentrums in einem Nanodiamanten [1] wurde der Grundstein hierfür gelegt. Nun ist für diese Quelle das Messunsicherheitsbudget aufgestellt worden, welches zeigt, dass der absolute spektrale Photonenfluss auf ca. 4 % genau bekannt ist. Zudem ist die winkelabhängige Abstrahlung des Fehlstellen-Zentrums sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht worden. Die Details sind in Referenz [2] dargestellt.

a) Absoluter spektraler Photonenfluss (blaue Linie) mit berechneter Messunsicherheit (rotes Band); b) Messung der winkelabhängigen Abstrahlung eines Stickstoff-Fehlstellen-Zentrums. Der Vergleich zwischen Messung und Berechnung (entlang der gezeichneten Linie) ist in der kleinen Grafik unten links im Bild dargestellt. Die Intensitätsvariation entlang des Polarwinkels θ gibt einen Hinweis auf die Lage des NV-Zentrums.

 

[1] B. Rodiek, M. López, H. Hofer, G. Porrovecchio, M. Šmid, X.-L. Chu, S. Götzinger, V. Sandoghdar, S. Lindner, C. Becher, S. Kück, “Experimental realization of an absolute single-photon source based on a single nitrogen vacancy center in a nanodiamond”, Optica 4 (1), 71-76, 2017.

[2] B. Rodiek, M. López, H. Hofer and S. Kück, “The absolutely characterized nitrogen-vacancy center based single-photon source – measurement uncertainty of photon flux and angular emission properties”, accepted in Journal of Physics: Conference Series (JPCS).