Fiber Resonator
Überblick
Das Ziel des Experiments ist die optische Kopplung eines Farbdefekts in verschiedenen Materialien an einen faserbasierten optischen Resonator. Hierbei soll die Extraktionseffizienz von kohärenten Photonen für quantenoptische Anwendungen (z.B. Kommunikation, Metrologie, Informationsverarbeitung) im Vergleich zu Plattformen ohne Resonator verbessert werden. Physikalische Grundlage hierfür ist der sog. Purcell Effekt, der eine erhöhte Emissionsrate einer Quelle innerhalb eines Resonators vorhersagt. Eine schematische Darstellung einer Diamantmembran in einem halbsymmetrischen Resonator bestehend aus zwei hochreflektiven Spiegeln ist rechts abgebildet.
Fabry Perot Resonatoren
Die verwendeten halbsymmetrichen Resonatoren bestehen aus zwei hochreflektierenden Spiegeln (DBR) mit einer planen und einer gekrümmten Seite. Einer dieser Spiegel befindet sich auf der Spitze einer optischen Glasfaser, in die vor Aufbringung des Spiegels eine konkave Struktur mit Hilfe eines CO2 -Lasers eingebracht worden ist. Für die Transmission eines solchen Resonators ergeben sich bei hoher Reflektivität der Spiegel charakteristische Gauß-Moden (TEM), wie links skizziert.
Für entsprechend hohe Reflektivitäten muss der Abstand zwischen beiden Spiegeln auf eine Längenskala unterhalb eines Atomdurchmessers stabilisiert werden, während das System gleichzeitig verstellbar bleiben soll. Hierdurch ergeben sich enorme Anforderungen an die Optomechanik und aktive Stabilisierung des Systems.
Integration von Farbdefekten
Verschiedene Farbdefekte zeigen vielversprechende Eigenschaften für die spätere Anwendung in Quantentechnologien. Beispiele hierfür sind Farbzentren in Diamant (z.B. Silizium oder Stickstoff Fehlstellen) oder Defekte in 2D Materialien wie hexagonalem Boron Nitrid (hBN).
Diese können in mikroskopischen Membranen oder Partikeln erzeugt und anschließend in einem unserer konfokalen Mikroskope analysiert werden. Anschließend kann die Probe mit verschiedenen Techniken in den Resonator transferiert werden.
Aufgaben am Experiment
- Optisches Alignment und Handhabung von hochsensitiven mikroskopischen Resonatoren
- Design und Verbesserung von Optomechanik für höchste Stabilität bei hoher Verstellbarkeit
- Implementierung und Analyse von Farbdefekten in optische(n) Resonatoren
- Upgrades für Zugang zu Magnetfeldern, Mikrowellen und kryogenen Umgebungen
- Programmierung von Software zur Ansteuerung und Analyse des Systems
Offene Stellen
Wir suchen aktuell Doktorand*innen, die zusammen mit unserem internationalen Team Cavity-Experimente zur Erforschung von Farbzentren in verschiedenen Materialien für Quantentechnologien aufbauen und verbessern möchten. Wir sind ebenfalls auf der Suche nach Bachelor- und Masterstudent*innen, die uns hierbei unterstützen. Bei Interesse oder Fragen kontaktieren Sie bitte Professor Kubanek.
Publikationen
- S. Häußler, G. Bayer, R. Waltrich, N. Mendelson, C. Li, D. Hunger, I. Aharonovich, and A. Kubanek. Tunable Fiber-Cavity Enhanced Photon Emission from Defect Centers in hBN. Advanced Optical Materials 2002218 (2021)
- S. Häußler, J. Benedikter, K. Bray, B. Regan, A. Dietrich, J. Twamley, I. Aharonovich, D. Hunger, and A. Kubanek. Diamond photonics platform based on silicon vacancy centers in a single-crystal diamond membrane and a fiber cavity. Physical Review B 99, 165310 (2019)