【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子光学，具体涉及一种适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置。
技术介绍
1、在量子光源和光传感器领域，低维材料的色心研究引起了广泛关注。低维材料色心是一种位于原子层或纳米尺度的缺陷结构，可以发射、探测和操控单个光子或自旋缺陷。低维材料色心具有一些独特的优势，包括自发辐射强度高、光学稳定性好、量子态的长寿命等，这些特性使其成为了潜在的候选，用以实现高效、精确、可控的单光子源和光传感器。这种设计理念基于对色心微观结构和能级的深入理解，使其具备了许多优秀的性质。
2、以六方氮化硼(h-bn)色心材料为代表的二维色心材料逐渐成为继金刚石色心之后的新的潜在量子比特平台。相对于金刚石色心，h-bn色心具有较高的光学量子效率和较窄的发射线宽、更长的电子自旋寿命、更长的自旋相干时间。特别地，对于二维材料体系，以色心作为单光子发射器或施加对色心中的自旋电子调控的手段(如泵浦激光等)，不需要光线穿过较厚的晶体，而能直接与色心相互作用，由于光线没有经过大量的散射和吸收，避免了调控或接收光信号的衰减和失真，可以降低光学访问的难度并提高光学读取的效率。
3、目前，应用于色心调控的手段包括利用泵浦激光或微波脉冲对色心进行光激发，结合温度场、磁场、电场控制、核磁共振技术、电子自旋共振技术等，实现改变色心的能级布局、操控其自旋态和实现量子态之间的相干转换。现有技术中通常是采用共聚焦显微镜系统，激发光源由显微镜镜头发射至色心，色心被激发的荧光信号也是由显微镜镜头探测采集，由于设备(共聚焦显微镜系统)固有的结构设计(
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种能够提高色心调控精准度以及光学信号读取效率的且适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
3、一种适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置，其包括衬底以及依次设置于衬底上的波导介质层以及低维材料色心层；所述波导介质层中设置有第一光波导结构、第二光波导结构、光纤-波导耦合结构和电光调制器，所述光纤-波导耦合结构位于所述第一光波导结构的第一端并与输入光纤连接，所述第一光波导结构的第二端与所述第二光波导结构的第一端连接，所述电光调制器位于所述第二光波导结构上且临近于所述第二光波导结构的第一端；
4、其中，外部激发光源经所述输入光纤和所述第一光波导结构传输进入所述第二光波导结构，由所述电光调制器调制后沿所述第二光波导结构传输并耦出至所述低维材料色心层进行量子荧光激发。
5、优选地，所述波导介质层中设置有并行排列的多个所述第二光波导结构，还设置有偏振分束器；所述偏振分束器位于所述第一光波导结构的第二端，每一所述第二光波导结构的第一端通过所述偏振分束器与所述第一光波导结构的第二端连接，每一所述第二光波导结构设置有一所述电光调制器。
6、优选地，所述波导介质层中设置有并行排列的3～6个所述第二光波导结构。
7、优选地，所述衬底为硅基衬底。
8、优选地，所述波导介质层的材料为二氧化硅、硅、锗、铌酸锂、蓝宝石或透明陶瓷材料。
9、优选地，所述波导介质层的厚度为20nm～1.5μm。
10、优选地，所述低维材料色心层的材料为二维色心材料，所述二维色心材料选自二维h-bn色心材料、二维mos2色心材料、二维gan色心材料、二维zno色心材料和二维wo3色心材料中的任意一种。
11、优选地，所述量子荧光激发调控装置还包括微波发生器，用于产生微波脉冲并将所述微波脉冲传输到所述低维材料色心层上。
12、本专利技术实施例提供的适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置，对色心进行激光和调控的激发光源以光波导的方式传输施加至低维材料色心层背面，而被激发的量子荧光可在低维材料色心层正面探测和收集，能够提高色心调控精准度以及光学信号读取效率。
13、进一步地，本专利技术实施例提供的量子荧光激发调控装置，将用于产生量子荧光的低维材料色心层和用于传导输入激发光源的波导介质层全部集成于同一衬底上，整个装置器件固态化小型化，摆脱了现有的量子荧光激发调控装置中对宏观分分立光学元件的依赖，特别适用于超高真空与低温等极端使用环境。
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1.一种适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置，其特征在于，包括衬底以及依次设置于衬底上的波导介质层以及低维材料色心层；所述波导介质层中设置有第一光波导结构、第二光波导结构、光纤-波导耦合结构和电光调制器，所述光纤-波导耦合结构位于所述第一光波导结构的第一端并与输入光纤连接，所述第一光波导结构的第二端与所述第二光波导结构的第一端连接，所述电光调制器位于所述第二光波导结构上且临近于所述第二光波导结构的第一端；其中，外部激发光源经所述输入光纤和所述第一光波导结构传输进入所述第二光波导结构，由所述电光调制器调制后沿所述第二光波导结构传输并耦出至所述低维材料色心层进行量子荧光激发。
2.根据权利要求1所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述波导介质层中设置有并行排列的多个所述第二光波导结构，还设置有偏振分束器；所述偏振分束器位于所述第一光波导结构的第二端，每一所述第二光波导结构的第一端通过所述偏振分束器与所述第一光波导结构的第二端连接，每一所述第二光波导结构设置有一所述电光调制器。
3.根据权利要求2所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述波导介质
4.根据权利要求1所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述衬底为硅基衬底。
5.根据权利要求1所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述波导介质层的材料为二氧化硅、硅、锗、铌酸锂、蓝宝石或透明陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述波导介质层的厚度为20nm～1.5μm。
7.根据权利要求1所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述低维材料色心层的材料为二维色心材料，所述二维色心材料选自二维h-BN色心材料、二维MoS2色心材料、二维GaN色心材料、二维ZnO色心材料和二维WO3色心材料中的任意一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述量子荧光激发调控装置还包括微波发生器，用于产生微波脉冲并将所述微波脉冲传输到所述低维材料色心层上。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于超高真空和低温环境的量子荧光激发调控装置，其特征在于，包括衬底以及依次设置于衬底上的波导介质层以及低维材料色心层；所述波导介质层中设置有第一光波导结构、第二光波导结构、光纤-波导耦合结构和电光调制器，所述光纤-波导耦合结构位于所述第一光波导结构的第一端并与输入光纤连接，所述第一光波导结构的第二端与所述第二光波导结构的第一端连接，所述电光调制器位于所述第二光波导结构上且临近于所述第二光波导结构的第一端；其中，外部激发光源经所述输入光纤和所述第一光波导结构传输进入所述第二光波导结构，由所述电光调制器调制后沿所述第二光波导结构传输并耦出至所述低维材料色心层进行量子荧光激发。
2.根据权利要求1所述的量子荧光激发调控装置，其特征在于，所述波导介质层中设置有并行排列的多个所述第二光波导结构，还设置有偏振分束器；所述偏振分束器位于所述第一光波导结构的第二端，每一所述第二光波导结构的第一端通过所述偏振分束器与所述第一光波导结构的第二端连接，每一所述第二光波导结构设置有一所述电光调制器。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓冉，徐耿钊，刘争晖，张春玉，张珽，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：
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