圖1a到c展示了四個不同尺寸的缺陷圖案以及相應(yīng)的光致發(fā)光圖像。圖1d展示了總?cè)毕輸?shù)目中產(chǎn)生單光子（g2(τ)<0.5）缺陷的百分比，即單光子產(chǎn)率。單光子源的產(chǎn)率隨缺陷圖案尺寸的增加而增大，在3.0μm大小的缺陷圖案中達到最高的42.9%的產(chǎn)率，是目前所有自上而下制作方法中最高的。隨后隨著尺寸進一步增大，單光子源產(chǎn)率逐漸降低。圖2a中黑色曲線顯示的是單光子源光子發(fā)射速率跟泵浦功率的關(guān)系，經(jīng)過擬合可以得到飽和光子發(fā)射速率為8.69Mcps，這是目前使用自上而下加工技術(shù)制作的單光子源中亮度最高的。

圖2. (a)制作出最高亮度單光子源的光子發(fā)射速率跟泵浦功率關(guān)系。(b)一個典型單光子源的發(fā)光峰及其二階關(guān)聯(lián)函數(shù)(插圖)

圖2b顯示的是一個制作出來單光子源典型的發(fā)光峰，發(fā)光峰波長在540nm左右。插圖中顯示的是其二階關(guān)聯(lián)函數(shù)，其中g(shù)2(0)為0.06±0.03，說明單光子源純度高。這是因為研究利用的是單脈沖飛秒激光，它避免了高重頻脈沖激光的熱效應(yīng)導(dǎo)致的材料損傷。除了上述高效制作高質(zhì)量單光子源的優(yōu)勢外，該方法還對襯底無損傷，并且具有大規(guī)模制作的能力，為hBN單光子源在量子集成光學(xué)芯片中的應(yīng)用開辟了一條有效途徑。

相關(guān)成果以“六方氮化硼材料中利用激光大規(guī)模制備高亮度高純度單光子源”（Large-Scale, High-Yield Laser Fabrication of Bright and Pure Single-Photon Emitters at Room Temperature in Hexagonal Boron Nitride）為題近期發(fā)表于《美國化學(xué)學(xué)會·納米》（ACS Nano）期刊上，清華大學(xué)電子工程系助理研究員甘霖和2020級博士研究生張聃旸為共同第一作者，清華大學(xué)電子工程系教授寧存政為通訊作者。該工作完成單位包括清華大學(xué)電子工程系和深圳技術(shù)大學(xué)集成電路與光電芯片學(xué)院。

該研究得到國家自然科學(xué)基金和北京市自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c04386