Источник одиночных фотонов с использованием коллоидных квантовых точек CdSe/CdS/ZnS на волноводах из нитрида кремния

Касимов Р.Х., Аржанов А.И., Седых К.О., Голиков А.Д., Галанова В.С., Гладуш Ю.Г., Ковалюк В.В., Наумов А.В., Гольцман Г.Н.

Ссылка для цитирования:

Касимов Р.Х., Аржанов А.И., Седых К.О., Голиков А.Д., Галанова В.С., Гладуш Ю.Г., Ковалюк В.В., Наумов А.В., Гольцман Г.Н. Источник одичночных фотонов с использованием коллоидных квантовых точек CdSe/CdS/ZnS на волноводах из нитрида кремния // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 1. С. 80–86. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-01-80-86

Kasimov R.Kh., Arzhanov A.I., Sedykh K.O., Golikov A.D., Galanova V.S., Gladush Y.G., Kovalyuk V.V., Naumov A.V., Goltsman G.N. Single photon source based on CdSe/CdS/ZnS quantum dots on silicon nitride waveguides [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. V. 93. 2026. № 1. P. 80–86. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-01-80-86

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Использование метода капельного нанесения для изготовления источника одиночных фотонов. Цель работы. Разработка технологического процесса изготовления источника одиночных фотонов на коллоидных квантовых точках для использования их в фотонных интегральных схемах. Метод. На первом этапе в программе ANSYS Lumerical рассчитываются период и фактор заполнения фокусирующих элементов связи на длинах волн 545 и 600 нм. На втором этапе используется язык программирования Python для изготовления дизайна чипа, на третьем — электронно-лучевая литография для изготовления чипа. На четвертом этапе методом капельного нанесения размещаются квантовые точки. Основные результаты. Разработан технологический процесс изготовления однофотонного источника. Определено положение квантовых точек на фотонной интегральной схеме и измерены их спектральные характеристики. Полученные данные будут использованы для улучшения точности размещения и повышения вероятности высадки одной квантовой точки в отверстие. Практическая значимость. Предложенный технологический процесс может быть полезен для создания однофотонных источников с использованием квантовых точек в фотонных интегральных схемах, что открывает возможности для различных приложений в области квантовых технологий.

Ключевые слова:

интегральная оптика, квантовые точки, фотонная эмиссия, источник одиночных фотонов

Благодарность:

работы выполнены при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации FSME-2025-0004 (изготовление), а также РНФ № 23-79-00056 (численное моделирование и экспериментальное исследование).

Коды OCIS: 130.0130, 130.3120, 250.5230

Список источников:

1. Eisaman M.D., Fan J., Migdall A., et al. Invited review article: Single-photon sources and detectors // Rev. Scientific Instruments. 2011. V. 82. № 7. P. 071101. https://doi.org/10.1063/1.3610677

2. Aharonovich I., Englund D., Toth M. Solid-state single-photon emitters // Nature Photonics. 2016. V. 10. № 10. P. 631–641. https://doi.org/10.1038/nphoton. 2016.186

3. Aharonovich I., Neu E. Diamond nanophotonics // Advanced Opt. Mater. 2014. V. 2. № 10. P. 911–928. https://doi.org/10.1002%2Fadom.201400189

4. He Y.M., Clark G., Schaibley J.R., et al. Single quantum emitters in monolayer semiconductors // Nature Nanotechnol. 2015. V. 10. № 6. P. 497–502. https://doi.org/10.1038%2Fnnano.2015.75

5. Xuedan M., Hartmann N.F., Baldwin J., et al. Room-temperature single-photon generation from solitary dopants of carbon nanotubes // Nature Nanotechnol. 2015. V. 10. № 8. P. 671–675. https://doi.org/ 10.1038/nnano.2015.136

6. Hogele A., Galland C., Winger M., et al. Photon antibunching in the photoluminescence spectra of a single carbon nanotube // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. № 21. P. 217401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.217401

7. Jeantet A., Chassagneux Y., Raynaud C., et al. Widely tunable single-photon source from a carbon nanotube in the Purcell regime // Phys. Rev. Lett. 2016. V. 116. № 24. P. 247402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.247402

8. Santori C., Pelton M., Solomon G., et al. Triggered single photons from a quantum dot // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. № 8. P. 1502–1505. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.1502

9. Dory C., Fischer K.A., Müller K., et al. Complete coherent control of a quantum dot strongly coupled to a nanocavity // Sci. Rep. 2016. V. 6. № 1. P. 25172. https://doi.org/10.48550/arXiv.1512.05952

10. Gazzano O., Michaelis de Vasconcellos S., Arnold C., et al. Bright solid-state sources of indistinguishable single photons // Nature Commun. 2013. V. 4. № 1. P. 1425. 10.1038/ncomms2434

11. Eich A., Spiekermann T., Gehring H., et al. Single photon emission from individual nanophotonic-integrated colloidal quantum dots // ACS Photonics. 2022. V. 9. № 2. P. 551–558. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01493

12. Deka S., Quarta A., Lupo M.G., et al. CdSe/CdS/ZnS double shell nanorods with high photoluminescence efficiency and their exploitation as biolabeling probes // J. American Chem. Soc. 2009. V. 131. № 8. P. 2948–2958. https://doi.org/10.1021/ja808369e

13. Talapin D.V., Mekis I., Götzinger S., et al. CdSe/CdS/ZnS and CdSe/ZnSe/ZnS core–shell — shell nanocrystals // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. № 49. P. 18826–18831. https://doi.org/10.1021/jp046481g

14. Lim S.J., Chon B., Joo T., et al. Synthesis and characterization of zinc-blende CdSe-based core/shell nanocrystals and their luminescence in water // J. Phys. Chem. C. 2008. V. 112. № 6. P. 1744–1747. https://doi.org/10.1021/jp710648g