Realization of a bright single photon source using nanofiber Bragg cavity

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本研究では、単一シリコン欠陥中心（SiV）を内包したダイヤモンド微粒子（ナノダイヤモンド）を、微小共振器を内蔵したテーパー光ファイバ（NFBC）に結合したハイブリッド素子を開発、同一性が高く、かつ高効率の単一光子源の実現を目ざしている。令和３年度は、平均粒径25 nmのナノダイヤモンドを分散させた状態で、Siイオンを照射することで、SiV内包ナノダイヤモンドの開発を行った。この方法は、これまで一般的に行われてきた、化学蒸着（CVD）や高温高圧（HPHT）により合成されたダイヤモンド結晶を粉砕する方法より、高い収率でSiV内包ナノダイヤモンドを得ることができる。今回、Siイオン照射後の高温アニーリングの方法を工夫することで、室温において7nmと、高純度バルク結晶中のSiVで観測される値に匹敵する細い線幅を観測することに成功した。さらに、Siイオン照射の条件の最適化にも取り組み、平均粒径25 nmのナノダイヤモンドにおいて、単一SiVを確認することにも成功した。また、NFBCとの結合には、散乱損失の影響が小さい、サイズの小さなSiV内包ナノダイヤモンドの開発も重要となる。爆轟法で作られるナノダイヤモンド（DND）は、平均粒径が10 nmと小さく、かつ、サイズの均一性が高いが、これまで、DNDにおいてはSiVは観測されていなかった。今回、DNDを高真空中で1100度でアニール処理することで、SiVの発光波長に一致する波長737 nmにおいて、線幅7.7 nmと、CVD合成ダイヤモンド中のそれに匹敵する鋭い発光を観測することに成功した。その他、NFBCの作製とナノダイヤモンドのマニピュレーション技術の研究や、低温評価系の構築を行った。