石英光纤上SiV发光纳米金刚石的制备及性能研究

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金刚石的SiV色心具有发光峰窄,发光寿命短以及声子耦合弱的特点,是优异的单光子源,可望用于量子密钥分配等量子信息处理中。理想条件下的量子密钥分配技术能够实现无条件的安全性,其中需要理想的单光子源提供光子。为了降低光子在传输过程中的损耗,我们提出将金刚石与光纤相复合。  本课题的目的是基于金刚石的SiV色心,将其与光纤耦合,得到光纤和SiV色心的耦合结构。具体结合方法有两种,第一种是在石英衬底上制备得到具有强SiV发光的纳米金刚石薄膜,然后通过氧化和超声震荡的方法得到分散的具有SiV发光的纳米金刚石颗粒,之后将金刚石颗粒与光纤相复合。第二种是直接在光纤上沉积具有强SiV发光的金刚石颗粒。  本文通过控制金刚石薄膜沉积时如衬底预处理方法、沉积功率和样品氧化时间等因素,制备得到了具有强SiV发光的纳米金刚石薄膜。研究发现在功率为1700W时,沉积15min能够在石英衬底上制备得到单颗粒层的纳米金刚石薄膜,对比发现样品在600℃氧化30min后具有较强的SiV发光性能。氧化后,薄膜与石英衬底的结合力下降,为金刚石颗粒的分离提供了可行性。  通过超声震荡和离心分离的方法将金刚石颗粒与石英衬底分离,并得到了具有SiV发光的金刚石颗粒,颗粒的尺寸小于100nm,其SiV发光强度高达60000cps,SiV发光峰的半峰宽约为10nm,颗粒由尺寸约为4-5nm的金刚石晶粒组成。  采用涂覆种晶的方法将金刚石晶种均匀的涂覆在光纤表面,并通过化学气相沉积法制备得到粒径小于100nm的金刚石颗粒,颗粒的SiV发光强度约为130000cps,实现了SiV色心和光纤的复合。
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