Вклад современной науки в развитие информационных технологий трудно переоценить. Сегодня практически все жилые дома в крупных городах связаны оптоволоконными сетями, а вышки многих домов увенчаны вышками сотовой связи. Учитывая перспективность развития этой области, ученые с большим энтузиазмом работают по нескольким перспективным направлениям в области передачи информации. В частности, не останавливается работа по созданию однофотонных источников излучения, которые могут служить для передачи информации. В частности, в роли однофотонного источника вполне может выступать вакансия в наноалмазе, в соседнем узле с которой один из атомов углерода замещен на атом азота (NV - вакансия).
Для этой цели коллектив немецких ученых, используя метод "pick and place", при помощи АСМ (атомно - силовой микроскопии) нанесли наноалмаз с одной NV-вакансией на торец волокна (рис.1), диаметром 90 мкм, длиной 10 см и диаметром сердечника 1.5 мкм. Для возбуждения NV-вакансии она была облучена лазером на длине волны 532 нм и мощностью излучения 40 мкВт. Возбуждение и детектирование выполнялось тремя различными способами (рис. 2). Особенно важно, что авторам статьи удалось зафиксировать сигнал на другом конце волокна, что говорит о непосредственном взаимодействии фотонов, излучаемых NV-вакансией, с оптическими модами фотонно-кристаллического волокна. Варьируя относительное расположение наноалмаза относительно поверхности волокна, исследователям удалось добиться максимальной интенсивности излучения (рис.3).
В доказательство однофотонного характера излучения авторы статьи измерили автокорреляционные функции (АКФ) с нулевым смещением по времени, детектируя сигнал, отраженный от торца, на котором нанесен наноалмаз (g(2)(0) = 0.45 при мощности излучения 40 мкВт), и прошедший сквозь волокно (g(2)(0) = 0.36 при 49 мкВт).
Для усиления однофотонного характера излучения авторы статьи нанесли брэгговский отражатель на торец волокна, отражающего лазерное излучение и предотвращая, тем самым, флуоресценцию волокна. Тем не менее, высокая интенсивность импульсного лазерного излучения (а именно импульсное излучение представляет практический интерес) приводит к фоновой флуоресценции, с временами жизни менее 3.5 нс, что значительно меньше времени жизни возбужденного состояния в NV-дефекте (25 нс). Поэтому ученые смоделировали своеобразный временной фильтр, пропускающий излучение спустя 3.5 нс после возбуждения, в результате чего АКФ стала равной 0.21 (против 0.50 с учетом фоновой флуоресценции).
В целом, авторам статьи удалось получить перспективный источник однофотонного излучения, который, обладая микрометровым размером, демонстрирует эффективную числовую апертуру, равную 0.82, и наглядно продемонстрировать возможность передачи однофотонного сигнала через оптическое волокно.
