Title: Eignung von Einzelphotonenemittern basierend auf Stickstofffehlstellen in Nanodiamanten als Strahlungsquelle für die Radiometrie
Authors: Rodiek, Beatrice, Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Fachbereich 4.5, Angewandte Radiometrie
Contributors: HostingInstitution: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ISNI: 0000 0001 2186 1887
Pages:102
Language:de
DOI:10.7795/110.20200625B
Resource Type: Text / Dissertation
Publisher: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
Rights: Vervielfältigung nur zum eigenen persönlichen Gebrauch.
Relationships: IsPartOf: ISSN 0341-6712
IsIdenticalTo: ISBN 978-3-95606-436-4
Dates: Available: 2020-06-25
Created: 2018-12
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Keywords: Einzelphotonen ; Metrologie ; konfokales Mikroskop ; NV-Zentren ; winkelabhängige Emission
Abstract: Einzelphotonendetektoren spielen bei einer Vielzahl von Anwendungen eine bedeutsame Rolle. Sie finden beispielsweise in der Biologie, Medizin, Astronomie, aber auch in der Quantenin-formationstechnologie Anwendung [1], [2]. Dies ist bei Einzelphotonenquellen derzeit noch nicht der Fall. Hauptsächlich ist dies darauf zurück zu führen, dass es derzeit noch keine zuver-lässigen und stabilen Quellen gibt, die für eine Anwendung, sei es als Photonenstandardquelle für die Radiometrie oder als Strahlungsquelle für die Quanteninformationstechnologie, geeig-net sind [3].
Ziel dieser Arbeit ist daher die Untersuchung der Eignung von Einzelphotonenemittern basie-rend auf Stickstofffehlstellen in Nanodiamanten als Strahlungsquelle für die Radiometrie klei-ner Photonenströme. Darüber hinaus wird diskutiert, inwieweit diese Quellen als neue Stan-dardquellen für die Metrologie und Radiometrie anwendbar sind. Dabei wird eine Einzelpho-tonenquelle basierend auf einer Stickstofffehlstelle im Nanodiamanten absolut charakterisiert in Hinblick auf den absoluten spektralen Photonenfluss und den absoluten spektralen Strah-lungsfluss, inklusive einer detaillierten Messunsicherheitsbetrachtung. Die absolute Charakte-risierung wird mit Hilfe einer ununterbrochenen Rückführungskette zu den Primärnormalen Schwarzkörperstrahler (für die relative spektrale Leistungsverteilung) und Kryoradiometer (für die optische Strahlungsleistung) durchgeführt. Weiterhin wird gezeigt, dass die in dieser Arbeit untersuchte absolute Einzelphotonenemission, abhängig von der Anregungsleistung, durch-stimmbar ist im Bereich zwischen 55 fW und 75 fW, was etwa 190 000 Photonen pro Sekunde beziehungsweise 260 000 Photonen pro Sekunde entspricht.
Zudem wird die Abstrahlcharakteristik dieser Fehlstelle im Nanodiamanten untersucht, um ein besseres Verständnis für die Wechselwirkung zwischen Emitter und umgebenden Medium zu gewinnen. Hierfür werden sowohl Simulationen erstellt als auch Messungen durchgeführt, die miteinander verglichen werden. Derartige Untersuchungen sind bereits für andere Emitter durchgeführt worden, allerdings noch nicht für Stickstofffehlstellen.

[1] C. J. Chunnilall et al., “Metrology of single-photon sources and detectors: a review,” Opt. Eng., vol. 53, no. 8, p. 81910, 2014.
[2] W. Schmunk, M. Rodenberger, S. Peters, H. Hofer, and S. Kück, “Radiometric calibration of single photon detectors by a single photon source based on NV-centers in diamond,” J. Mod. Opt., vol. 58, no. 14, pp. 1252–1259, 2011.
[3] M. D. Eisaman, J. Fan, J. Migdall, and S. V Polyakov, “Invited Review Article: Single-photon sources and detectors,” Rev. Sci. Instrum., vol. 82, no. 71101, 2011.
Citation: Rodiek, Beatrice. Eignung von Einzelphotonenemittern basierend auf Stickstofffehlstellen in Nanodiamanten als Strahlungsquelle für die Radiometrie, 2018. Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). DOI: https://doi.org/10.7795/110.20200625AB