Т.С. Мисникова1

1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)

1 misnikovatatyana @yandex.ru

Постановка проблемы. Проблема эффективного использования синтетических HPHT-алмазов (High Pressure High Temperature) как перспективного элемента для получения вынужденного излучения и лазерной генерации является актуальной на сегодняшний день.

Цель. Разработать экспериментальный стенд для получения и регистрации спектрально-временных характеристик вынужденного излучения HPHT-алмаза.

Результаты. Предложен экспериментальный стенд для регистрации спектрально-временных характеристик вынужденного излучения HPHT-алмаза. Получено, что в спектральном диапазоне 650−750 нм при возбуждении лазерным излучением с λ = 532 нм выделяется достаточно узкая полоса вынужденного излучения в области 705−730 нм с максимумом около 716 нм. Продемонстрировано, что существует зависимость между формами спектров и импульсами излучения. Установлено, что уменьшение энергии накачки и объемов облучения алмаза приводит к появлению модовых структур на спектре и пичковых на осциллограмме, а увеличение – к сглаживанию спектра и осциллограмм. Показано, что при сохранении энергии накачки, но уменьшении объемов облучения сохраняется гладкая форма спектров и импульсов, при этом интенсивность спектра уменьшается, а длительность импульса излучения сокращается.

Практическая значимость. Проведенное исследование HPHT-алмаза может быть полезно для создания элементов лазерной генерации, а именно: в понимании эволюции формы спектра вынужденного излучения от модовой структуры в гладкую. Данное наблюдение несет за собой установление порога и условий генерации для HPHT-алмазов.

Мисникова Т.С. Анализ спектрально-временных характеристик вынужденного излучения HPHT-алмазов c азот-вакансионными центрами окраски // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2025. Т. 23. № 4. С. 64−70. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202504-08

1. Davies G., Hamer M.F. Optical Studies of the 1.945 eV Vibronic Band in Diamond // Proc. R. Soc. Lond. A. 1976. 348. 285−298. doi: 10.1098/rspa.1976.0039.
2. Collins A.T., Thomaz M.F., Maria Isabel B Jorge. Luminescence decay time of the 1.945 eV centre in type Ib diamond // J. Phys. C: Solid State Phys. 1983. 16. 2177−2181.
3. Marcus W. Doherty, Neil B. Manson, Paul Delaney, Fedor Jelezko, Jorg Wrachtrupe, Lloyd C.L. Hollenberg. The nitrogen-vacancy colour centre in diamond // Physics Reports. 1 July 2013. V. 528. № 1. P. 1−45. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2013.02.001.
4. Elisabeth Fraczek, Vasili G. Savitski, Matthew Dale, Ben G. Breeze, Phil Diggle, Matthew Markham, Andrew Bennett, Harpreet Dhillon, Mark E. Newton, Alan J. Kemp. Laser spectroscopy of NV- and NV0 colour centres in synthetic diamond // Optical Materials Express 2571. 1 Jule 2017. V. 7. № 7. https://doi.org/10.1364/OME.7.002571.
5. Diggle P.L., D’Haenens-Johansson U.F.S., Green B.L., Welbourn C.M., Tran Thi T.N., Katrusha A., Wang W., Newton M.E. Decoration of growth sector boundaries with nitrogen vacancy centers in as-grown single crystal high-pressure high-temperature synthetic diamond // Physical Review Materials. 2020. 4. 093402. https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.4.093402.
6. Bogdanova S.A., Bolshedvorskii S.V., Zeleneev A.I., Soshenko V.V., Rubinas O.R., Radishev D.B., Lobaev M.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Drozdov M.N., Sorokin V.N., Akimov A.V. Optical investigation of as-grown NV centers in heavily nitrogen doped delta layers in CVD diamond // Materials Today Communications. 2020. 24. 101019. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2020.101019.
7. Achard J., Jacques V., Tallaire A. CVD diamond single crystals with NV centres: a review of material synthesis and technology for quantum sensing applications // J. Phys. D: Appl. Phys. 2020. 53. 313001 (29p). DOI:10.1088/1361-6463/ab81d1.
8. Yuting Zheng, Chengming Li, Jinlong Liu, Junjun Wei, Haitao Ye. Diamond with nitrogen: states, control, and applications // Functional Diamond. 2021. 1:1. 63−82. DOI:10.1080/26941112.2021.1877021.
9. Jani M., Mrózek M., Nowakowska A.M., Leszczenko P., Gawlik W., Wojciechowski A.M. Role of High Nitrogen-Vacancy Concentration on the Photoluminescence and Raman Spectra of Diamond // Phys. Status Solidi A. 2023. 220: 2200299. https://doi.org/10.1002/pssa.202200299.
10. Lilian Childress, Ronald Hanson. Diamond NV centers for quantum computing and quantum networks // MRS Bulletin. 2013. V. 38. February.
11. Elizabeth Gibney. Ultra-pure synthetic diamonds offer advances in fields from quantum computing to cancer diagnostics // Nature. 2014. V. 505. P. 472−474.
12. Taminiau T.H., Cramer J., T. van der Sar, Dobrovitski V.V., Hanson R. Universal control and error correction in multi-qubit spin registers in diamond // Nature Nanotechnology. DOI: 10.1038/NNANO.2014.2.
13. Andrew MEdmonds, Connor A Hart, Matthew J Turner, Pierre-Olivier Colard, JenniferMSchloss, Kevin S Olsson, Raisa Trubko, Matthew L Markham, Adam Rathmill, Ben Horne-Smith, Wilbur Lew, Arul Manickam, ScottBruce, Peter G Kaup, Jon C Russo, Michae J DiMario, Joseph T South, Jay THansen, Daniel J Twitchen, Ronald LWalsworth. Characterisation of CVD diamond with high concentrations of nitrogen for magnetic-field sensing applications // Mater. Quantum Technol. 2021. 1. 025001. https://doi.org/10.1088/2633-4356/abd88a.
14. Haimei Zhang, Carina Belvin, Wanyi Li, Jennifer Wang, Julia Wainwright, Robbie Berg, Joshua Bridger. Little bits of diamond: Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers // American Journal of Physics. 2018. 86. 225. doi:10.1119/1.5023389.
15. Vins V.G., Pestryakov E.V. Color centers in diamond crystals: Their potential use in tunable and femtosecond lasers // Diamond & Related Materials. 2006. 15. 569−571. doi:10.1016/j.diamond.2005.11.038.
16. Mironov V.P., Protasova E.A., Lipatov E.I., Martynovich E.F. Generation of laser radiation by color centers in diamond crystals (review) // AIP Conf. Proc. 27 July 2021. DOI 2392 (1): 030001.
17. Lebedev V.F., Vasilev E.A., Klepikov I.V., et al. Two types of stimulated emission in HPHT diamond with a high concentration of NV centers // Diamond and Related Materials. 2024. 111763. DOI: 10.1016/j.diamond.2024.111763.
18. Лебедев В.Ф., Васильев Е.А., Рывкина Я.А., и др. Динамические и спектральные особенности суперлюминесценции при оптической накачке λ = 532 нм в синтетическом HPHT-алмазе с NV-центрами // Квантовая электроника. 2024. Т. 52. № 11. С. 678−683.