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2017-01-22
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我们的工作“An Ultraviolet Fiber Fabry–Pérot Cavity for Florescence Collection of Trapped Ions”发表于 Chinese Physics Letters。我们研制了工作在 369 nm 紫外波段的光纤 Fabry–Pérot 腔（FFPC），用于增强囚禁 171Yb+ 离子的荧光收集，为可扩展量子网络提供关键器件。
为什么使用光纤微腔？
囚禁离子是量子信息处理的重要平台，而大规模量子计算与远距离量子通信需要在离子之间远程分发纠缠。其中的关键是高效收集光子。光纤 Fabry–Pérot 腔能够通过较大的 Purcell 因子增强光子发射速率，同时保持光纤单模与腔模之间的高耦合效率，为低光子收集效率问题提供解决途径。
技术进展
我们在坏腔极限下设计 FFPC，以增强 Yb+ 离子 2P1/2 至 2S1/2 跃迁波段的荧光。利用经过空间滤波的 CO2 激光加工光纤端面凹镜，获得平均偏心率仅为 0.22 ± 0.04 的镜面。采用离子束溅射制备紫外高反射膜后，镜面反射率达到 99.76%，腔精细度为 1300 ± 100。
主要结果
根据实验测得的参数与数值模拟，我们估计：
- Purcell 因子大于 2.5。
- 单模光纤收集效率大于 10%。
这些结果展示了 FFPC 用于远程离子纠缠的潜力，而远程离子纠缠是构建量子网络与发展分布式量子计算的基础。
图 1. 制备 FFPC 的激光加工装置示意图，以及利用原子力显微镜（AFM）获得的光纤端面形貌。装置采用经过空间滤波的 CO₂ 激光，制备圆度较高的凹镜面。