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Absolut rückgeführte Einzelphotonenlichtquelle auf Basis eines Stickstoff-Fehlstellen Farbzentrums in einem Nanodiamanten

09.03.2017

Für eine effiziente und zuverlässige Kalibrierung der Detektionseffizienz von Einzelphotonendetektoren wird idealerweise eine Einzelphotonenquelle benötigt, die auf Primärnormale, wie z.B. das Kryoradiometer, rückgeführt ist. Außerdem sind hierbei eine hohe Photonenemissionsrate im Bereich (105 bis 106) Photonen pro Sekunde und eine hohe Reinheit der Einzelphotonenemission, d.h. ein möglichst kleiner Wert der Autokorrelationsfunktion zweiter Ordnung (g(2)(0)) erforderlich. Eine solche Einzelphotonenquelle wurde kürzlich im Rahmen des europäischen EMRP-Forschungsprojektes „Single-photon sources for quantum technologies“ (SIQUTE) zum ersten Mal realisiert und metrologisch charakterisiert. Die Einzelphotonenquelle basiert auf einem NV- (Nitrogen Vacancy-) Farbzentrum in einem Nanodiamant, der auf einer quasi-dielektrischen Antennenstruktur angebracht ist. Hierbei wurde ihr Photonenfluss mit einer rauscharmen rückgeführten Silizium-Photodiode gemessen. Der Photonenfluss ist abstimmbar von 55 fW bis 75 fW, welches einer Photonenrate von 190 000 bis 260 000 Photonen pro Sekunde entspricht.

Die Reinheit der Einzelphotonenmission, d.h. der Autokorrelationswert g(2)(0), ändert sich gemäß der Photonenrateemission von 0,10 bis 0,23. Weitere Details sind in der Veröffentlichung B, Rodiek et al. [1] dargelegt.

Absolute Einzelphotonenquelle auf Basis von NV- Farbzentren in Nanodiamanten. Das Inset zeigt den spektralen Photonenfluss und den spektralen Strahlungsfluss.

[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.

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