ES2618286T3 - Fuente de fotones individuales apropiada para la producción a gran escala y procedimiento de producción - Google Patents

Fuente de fotones individuales apropiada para la producción a gran escala y procedimiento de producción Download PDF

Info

Publication number
ES2618286T3
ES2618286T3 ES13826554.1T ES13826554T ES2618286T3 ES 2618286 T3 ES2618286 T3 ES 2618286T3 ES 13826554 T ES13826554 T ES 13826554T ES 2618286 T3 ES2618286 T3 ES 2618286T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
source
active solid
solid body
light source
individual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES13826554.1T
Other languages
English (en)
Inventor
Hilde Hardtdegen
Martin Mikulics
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Application granted granted Critical
Publication of ES2618286T3 publication Critical patent/ES2618286T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H10H20/812—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions within the light-emitting regions, e.g. having quantum confinement structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/0915—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light
    • H01S3/0933—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by incoherent light of a semiconductor, e.g. light emitting diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/169—Nanoparticles, e.g. doped nanoparticles acting as a gain material
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/70—Photonic quantum communication
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0852—Quantum cryptography
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/811—Bodies having quantum effect structures or superlattices, e.g. tunnel junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/822—Materials of the light-emitting regions
    • H10H20/824—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP
    • H10H20/825—Materials of the light-emitting regions comprising only Group III-V materials, e.g. GaP containing nitrogen, e.g. GaN
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0363—Manufacture or treatment of packages of optical field-shaping means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

Fuente de fotones individuales, que comprende al menos un cuerpo sólido activo (3), que en el caso de excitación con luz, cuyos fotones presentan en cada caso una energía de excitación, emite en un intervalo de tiempo predeterminado un fotón individual con una energía de emisión menor, estando dispuesto el cuerpo sólido activo sobre una superficie o superficie límite de una fuente de luz primaria que se hace funcionar eléctricamente para fotones con la energía de excitación, de modo que puede excitarse a través de esta superficie o superficie límite, caracterizada porque en el cuerpo sólido activo sólo hay un único nivel de energía que puede excitarse mediante la fuente de luz primaria.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
DESCRIPCION
Fuente de fotones individuals apropiada para la produccion a gran escala y procedimiento de produccion
La invencion se refiere a una fuente de fotones individuals y a un procedimiento de produccion para fuentes de fotones individuales.
Estado de la tecnica
Para aplicaciones espectroscopicas y en particular para la transmision segura de claves criptograficas cuanticas se requieren fuentes de fotones, que en un momento definido en respuesta a una senal electrica proporcionan fotones individuales. Los diodos emisores de luz (LED) pueden miniaturizarse bien, de modo que pueden conmutarse muy rapidamente y excitarse electricamente para la emision de pulsos de luz muy cortos. Sin embargo emiten tantos fotones por unidad de tiempo que, en el plazo de la duracion de pulso minima posible desde el punto de vista tecnico, aunque solo se emiten pocos fotones, siempre claramente mas de uno. La exactitud de la espectroscopia o la seguridad absoluta de la transmision de claves estan mas limitadas, cuantos mas fotones se emitan por pulso de luz.
En algunos cuerpos solidos activos se producen efectos cuanticos, que provocan que en el caso de una excitacion electrica u optica en un momento dado cada vez solo tenga lugar una transicion radiante, en la que se libera un foton. Esto significa que puede definirse un intervalo de tiempo, en el que solo se emite en cada caso un unico foton y por consiguiente se cumple perfectamente el requisito planteado. Una transicion de este tipo puede ser por ejemplo una recombinacion de un electron y de un hueco en un semiconductor, que solo puede excitarse de nuevo en cada caso despues de la emision de un foton. Sin embargo, estos efectos cuanticos presuponen que el cuerpo solido activo presenta dimensiones de escala nanometrica. Desventajosamente, esto hace muy diffcil establecer un contacto electrico con un cuerpo solido activo de este tipo para su excitacion. El desvfo a traves de una excitacion optica hace necesaria una unidad de excitacion separada, que transforma una senal electrica en luz para la excitacion. En ambas maneras no puede pensarse en una produccion a gran escala rentable de fuentes de fotones individuales, que en cada caso en respuesta a una excitacion electrica emitan exactamente un foton.
Se conocen fuentes de fotones individuales por los documentos WO2007/062625, US2003/152228 y US2012/112165.
Objetivo y solucion
Por tanto, el objetivo de la invencion es hacer que fuentes de fotones individuales, que en respuesta a una excitacion electrica emiten exactamente un foton, sean apropiadas para la produccion a gran escala. Este objetivo se alcanza segun la invencion mediante una fuente de fotones individuales segun la reivindicacion principal asf como mediante un procedimiento de produccion segun la reivindicacion independiente adicional. Configuraciones ventajosas adicionales resultan en cada caso de las reivindicaciones dependientes de las mismas.
Objeto de la invencion
En el marco de la invencion se desarrollo una fuente de fotones individuales. Esta comprende al menos un cuerpo solido activo, que en el caso de excitacion con luz, cuyos fotones presentan en cada caso una energfa de excitacion, emite en el plazo de un intervalo de tiempo predeterminado un foton individual con una energfa de emision menor. La duracion de este intervalo de tiempo depende de la aplicacion concreta, en particular de la tasa de datos deseada (velocidad de transmision) en el caso de una transmision de datos. Puede seleccionarse por ejemplo de un intervalo de entre 1 ps y 100 ms. Si se pretenden transferir datos de manera ultrarrapida, entonces pueden usarse para la emision los pulsos de luz que pueden generarse actualmente a escala de laboratorio con ayuda de laseres de femtosegundos, del orden de magnitud de 1 ps, como pulsos de excitacion; es razonable entonces que el cuerpo solido activo emita en este picosegundo exactamente un foton. En la transmision optica de datos actual, a escala comercial, los pulsos de luz usados tienen una duracion en el orden de magnitud de 1 ns. A su vez, en la criptograffa cuantica es importante transmitir de manera fiable una clave con una longitud de solo pocos cientos a pocos miles de bits. En este caso puede ser razonable que el cuerpo solido activo tambien emita solo un foton individual en el caso de una excitacion relativamente larga de 1-100 ms de duracion.
Segun la invencion, el cuerpo solido activo esta dispuesto sobre una superficie o superficie lfmite de una fuente de luz primaria que se hace funcionar electricamente para fotones con la energfa de excitacion, de modo que puede excitarse a traves de esta superficie o superficie lfmite. Esta fuente de luz primaria puede ser en particular una fuente de luz permanente y/o emitir en un momento dado varios fotones por unidad de tiempo. Una fuente de luz permanente como fuente de luz primaria es adecuada por ejemplo para experimentos de bomba-sonda o para la definicion de un patron de tiempo; se emiten entonces periodicamente fotones individuales con una frecuencia de reloj, que se orienta en funcion de la duracion que tenga el estado radiante del cuerpo solido activo. Sin embargo, la fuente de luz primaria tambien puede estar, por ejemplo para la transmision de datos, modulada en su intensidad y en particular ser pulsada.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Se reconocio que de esta manera la capacidad de miniaturizacion y la capacidad de manipulacion sencilla de fuentes electricas de luz primaria pueden combinarse ventajosamente con la capacidad del cuerpo solido activo para emitir exactamente un foton en el plazo de un breve intervalo de tiempo.
A este respecto, se aprovecha en particular que la disposicion segun la invencion solo plantea requisitos reducidos en cuanto a la manipulacion mecanica del cuerpo solido activo y por consiguiente pueden usarse cuerpos solidos activos claramente mas pequenos que segun el estado de la tecnica hasta la fecha. En el sitio en el que en el cuerpo solido activo tiene lugar una transicion con emision de un foton (por ejemplo una recombinacion), el cuerpo solido activo no puede absorber mas energfa de excitacion, dado que el estado correspondiente no esta libre. El numero de estos estados esta limitado ahora hacia arriba por el tamano del cuerpo solido activo: cuanto menor sea el cuerpo solido activo, mayor seran las distancias entre los niveles de energfa, que estan predeterminados por las condiciones de contorno periodicas. En el caso extremo, dentro de todo el cuerpo solido activo hay solo un unico nivel de energfa que puede excitarse mediante la fuente de luz primaria, de modo que en ningun momento pueden emitirse varios fotones al mismo tiempo. Cuando la propia fuente de luz primaria emite muchos fotones por unidad de tiempo, esto ya no es una desventaja, siempre y cuando el cuerpo solido activo sea suficientemente pequeno.
Dado que los fotones procedentes de la fuente de luz primaria presentan una longitud de onda (energfa) distinta a los fotones individuales emitidos por el cuerpo solido activo, pueden suprimirse mediante un filtrado en funcion de la longitud de onda, de modo que no lleguen a las etapas de procesamiento adicionales para los fotones individuales. Para ello pueden utilizarse por ejemplo filtros de longitud de onda, recubrimientos o cavidades. En el caso mas sencillo es suficiente disponer cerca del cuerpo solido activo una fibra de vidrio, a cuyo nucleo fotoconductor solo se envfan los fotones emitidos por el cuerpo solido activo, pero no los fotones procedentes de la fuente de luz primaria con la longitud de onda que no se ajuste a las dimensiones del nucleo.
En una configuracion especialmente ventajosa de la invencion, la fuente de luz presenta al menos una transicion entre dos semiconductores dopados de diferente manera, que emite la luz. En particular, la fuente de luz puede ser ventajosamente un diodo emisor de luz (LED). Las estructuras de este tipo pueden producirse a gran escala en forma miniaturizada de manera probada. Igualmente, los propios cuerpos solidos activos pueden producirse a gran escala.
En una configuracion especialmente ventajosa adicional de la invencion, sobre la superficie o superficie lfmite de la fuente de luz esta dispuesto al menos un cuerpo solido activo, que esta separado al menos 10 |im, preferiblemente al menos 50 |im, del cuerpo solido activo mas proximo. Entonces, el foton individual de exactamente un cuerpo solido activo puede enviarse al nucleo fotoconductor de una fibra de vidrio, sin que un cuerpo solido activo adicional envfe al mismo tiempo su foton individual a la misma fibra de vidrio. De esta manera puede transmitirse por ejemplo una clave criptografica cuantica de manera segura mediante la fibra de vidrio.
En una configuracion especialmente ventajosa adicional de la invencion, la superficie o superficie lfmite de la fuente de luz esta modificada localmente para alojar el cuerpo solido activo. Por ejemplo, en la superficie o superficie lfmite pueden estar incorporadas caractensticas topograficas, como por ejemplo elevaciones o depresiones. Sin embargo, sobre la superficie o superficie lfmite tambien puede estar aplicada por ejemplo una capa adicional como mascara, que contiene a su vez caractensticas topograficas. La modificacion local marca sitios individuales sobre la superficie o superficie lfmite. Si uno o varios cuerpos solidos activos se ponen de manera adecuada en contacto con la superficie o superficie lfmite, pueden acumularse precisamente en los sitios marcados de esta manera. Por el contrario, si la superficie no esta modificada de ninguna manera y se suministran un gran numero de cuerpos solidos activos, por ejemplo como nanopartmulas en una disolucion coloidal, entonces se forman sobre la superficie o superficie lfmite de la fuente de luz aglomeraciones de varios cuerpos solidos activos. En el caso de una excitacion optica a traves de la superficie o superficie lfmite, en el sitio de una aglomeracion de este tipo se emiten tantos fotones como cuerpos solidos activos esten presentes.
Por tanto, la modificacion local esta configurada ventajosamente de tal manera que favorece la acumulacion de cuerpos solidos activos, que se ponen en contacto con la superficie o superficie lfmite. Este es el caso, por ejemplo, cuando al entrar en contacto un cuerpo solido activo con una modificacion local se libera una mayor energfa de enlace que al entrar en contacto este cuerpo solido activo con una zona no modificada localmente sobre la superficie o superficie lfmite. De manera ideal solo se libera una energfa de enlace, cuando el cuerpo solido activo entra en contacto con una modificacion local, pero no cuando entra en contacto con otras zonas sobre la superficie o superficie lfmite.
Alternativamente o tambien en combinacion con esto, la modificacion local esta configurada ventajosamente de tal manera que forma, para el cuerpo solido activo, un mmimo en un campo potencial. Si la modificacion local es por ejemplo una depresion en la superficie o superficie lfmite y se llevan cuerpos solidos activos desde arriba hasta la superficie o superficie lfmite, entonces un cuerpo solido activo puede caer en una depresion de este tipo y se encuentra entonces en el campo gravitatorio de la Tierra en un mmimo de potencial local. De este modo esta fijado al menos provisionalmente y por ejemplo puede adherirse de manera definitiva, despues de que se hayan retirado los cuerpos solidos activos restantes, que no han cafdo en las depresiones.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
En una configuracion especialmente ventajosa adicional de la invencion, la modificacion local esta configurada de tal manera que define la zona espacial, desde la que emite luz la fuente de luz primaria. Entonces, un gran numero de cuerpos solidos activos pueden estar dispuestos unos al lado de otros en un espacio estrecho, sin que la excitacion de uno de estos cuerpos solidos activos mediante luz parasita tambien conduzca a la excitacion no deseada de cuerpos solidos activos adicionales.
Ventajosamente, el cuerpo solido activo presenta al menos una direccion preferente disenada de tal manera que un foton incidente desde esta direccion preferente, procedente de la fuente de luz primaria, excita con una mayor probabilidad la emision de un foton individual que un foton incidente desde otra direccion. En el caso ideal se transforma casi exclusivamente luz, que irradia la fuente de luz primaria desde la direccion preferente al cuerpo solido activo, en fotones individuales. Entonces un gran numero de fuentes de fotones individuales segun la invencion pueden hacerse funcionar unos al lado de otros, sin que estos se influyan mutuamente.
Ventajosamente, el cuerpo solido activo es un sistema semiconductor de baja dimension con confinamiento cuantico o un nanodiamante con un centro de color. Un centro de color es un agujero, que permite una transicion radiante, en particular una recombinacion radiante. Un agujero de este tipo puede ser por ejemplo un hueco de rejilla, en particular un hueco en una rejilla de silicio o de mquel.
En el marco de la invencion se desarrollo tambien un procedimiento para la produccion de una fuente de fotones individuales a partir de una fuente de luz, que emite fotones con una energfa de excitacion. Este procedimiento es adecuado en particular para la produccion de fuentes de fotones individuales segun la invencion. Por tanto, la divulgacion facilitada para las fuentes de fotones individuales es valida expresamente tambien para el procedimiento y viceversa.
En el procedimiento se modifica localmente una superficie o superficie lfmite de la fuente de luz, a traves de la que se emite luz, en primer lugar en uno o varios sitios. A continuacion se ponen uno o varios cuerpos solidos activos, que en el caso de excitacion mediante fotones de la energfa de excitacion en el plazo de un intervalo de tiempo predeterminado emiten un foton individual con una energfa de emision menor, en contacto con la superficie o superficie lfmite, de modo que se acumulan en los sitios modificados localmente.
Esta acumulacion puede consistir en particular en que se libera una energfa de enlace o que el cuerpo solido activo alcanza un mmimo local de un campo potencial.
La modificacion local puede consistir en caractensticas topograficas, por ejemplo elevaciones o depresiones. Estas no tienen que encontrarse necesariamente en la superficie o superficie lfmite de la propia fuente de luz, sino que tambien pueden incorporarse a una capa adicional, que se aplica expresamente con este fin como mascara sobre la superficie o superficie lfmite.
Sin embargo, la modificacion local no tiene que ser obligatoriamente duradera. Tambien puede ser pasajera, por ejemplo cuando la superficie o superficie lfmite se carga electricamente de manera local para una modificacion local.
En una configuracion especialmente ventajosa de la invencion, el o los cuerpos solidos activos acumulados se adhieren con la fuente de luz. El favorecimiento energetico, que el cuerpo solido activo experimenta mediante la acumulacion, no es de cualquier magnitud y puede superarse eventualmente en la posterior manipulacion de la fuente de fotones individuales acabada, de modo que el cuerpo solido activo se pierde. Por ejemplo, el cuerpo solido activo puede caerse de una depresion, cuando la fuente de luz se coloca a continuacion boca abajo. La adhesion cementa la acumulacion en primer lugar provisional del o de los cuerpos solidos activos.
Ventajosamente, los cuerpos solidos activos se retiran de regiones sobre la superficie o superficie lfmite, que no se modificaron localmente. Entonces, la fuente de fotones individuales producida emitira solo desde sitios modificados localmente fotones con la energfa de emision. Por consiguiente, por ejemplo puede garantizarse que solo un unico cuerpo solido activo envfe luz a una fibra de vidrio, que se lleva a un sitio determinado.
En una configuracion especialmente ventajosa de la invencion, los cuerpos solidos activos en una disolucion coloidal se ponen en contacto con la superficie o superficie lfmite. Se encuentran entonces en un disolvente en un estado en suspension. Para ello es adecuado cada disolvente que impida la aglomeracion de los cuerpos solidos activos entre sf, fomente la distribucion uniforme de los cuerpos solidos activos y se extraiga facilmente. A este respecto, los cuerpos solidos activos o bien no deben interaccionar electroqmmicamente o bien solo de manera repelente con el disolvente.
Para cada cuerpo solido activo, la longitud de onda que deben tener los fotones individuales emitidos predetermina a traves de las condiciones de contorno periodicas desde el punto de vista de la mecanica cuantica, el tamano maximo hasta el que puede emitir no mas de un foton al mismo tiempo en un momento dado. Por tanto, la mayor dimension lateral de cada cuerpo solido activo es normalmente de menos de 100 nm. En la disolucion se encuentran ventajosamente como maximo 1021, preferiblemente como maximo 1020 y de manera muy especialmente preferible
5
10
15
20
25
30
como maximo 1019 cuerpos solidos activos por centimetre cubico. 1021 cuerpos solidos activos por centimetre cubico son optimos para cuerpos solidos activos de tan solo 1 nm; para cuerpos solidos activos mayores este optimo se vuelve proporcionalmente menor.
Si un sitio modificado localmente ofrece sobre la superficie o superficie lfmite tambien solo un estimulo energetico reducido para la acumulacion de un cuerpo solido activo, el cuerpo solido activo puede seguir a esta estimulacion sin tener que superar resistencias externas perturbadoras. Todos los cuerpos solidos activos no acumulados permanecen en el estado en suspension y pueden retirarse con el disolvente, sin que se ejerzan a este respecto fuerzas sobre los cuerpos solidos activos ya acumulados, que puedan desprender los mismos de nuevo.
Parte descriptiva especial
A continuacion se explicara el objeto de la invencion mediante figuras, sin que el objeto de la invencion se vea limitado por ello. Se muestra:
Figura 1: ejemplo de realizacion de la fuente de fotones individuales segun la invencion.
La figura 1 muestra un ejemplo de realizacion de la fuente de fotones individuales segun la invencion en una representacion en corte esquematica en diferentes estadios de la produccion. Sobre un sustrato de Si, entre dos capas de n-GaN y p-GaN, esta formada una estructura LED con multiples pozos cuanticos (MQW, Multiquantumwell), que en el caso de aplicar una tension electrica entre n-GaN y p-GaN emite luz. La capa de p- GaN esta aislada electricamente mediante una capa de cobertura de SiO2 con la excepcion de una entalladura 1 (figura 1a) incorporada posteriormente a esta capa de cobertura. Un electrodo superior transparente 2 aplicado a continuacion, que cubre tanto el SiO2 como las paredes y el suelo de la entalladura 1, solo entra en contacto en el fondo de la entalladura con el p-GaN. Si se aplica una tension entre este electrodo superior 2 y el n-GaN, por consiguiente se excita tambien la estructura de MQW solo en la zona de la entalladura para la emision de luz (figura 1b). La luz primaria del LED atraviesa el electrodo superior transparente 2 y alcanza el cuerpo solido activo 3 incorporado a la entalladura 1 tras la aplicacion del electrodo superior 2 (figura 1c). Este puede ser una nanoparticula coloidal, que puede separarse previamente de una disolucion. Puede ser tambien un nanodiamante con un centro de color, que es por ejemplo un hueco en una rejilla de silicio o de rnquel. De este modo el cuerpo solido activo 3 se excita en el plazo de un intervalo de tiempo predeterminado para la emision exactamente de un foton.

Claims (17)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. - Fuente de fotones individuals, que comprende al menos un cuerpo solido activo (3), que en el caso de excitacion con luz, cuyos fotones presentan en cada caso una energfa de excitacion, emite en un intervalo de tiempo predeterminado un foton individual con una energfa de emision menor, estando dispuesto el cuerpo solido activo sobre una superficie o superficie lfmite de una fuente de luz primaria que se hace funcionar electricamente para fotones con la energfa de excitacion, de modo que puede excitarse a traves de esta superficie o superficie lfmite, caracterizada porque en el cuerpo solido activo solo hay un unico nivel de energfa que puede excitarse mediante la fuente de luz primaria.
  2. 2. - Fuente de fotones individuales segun la reivindicacion 1, caracterizada porque la mayor dimension lateral del cuerpo solido activo es de menos de 100 nm.
  3. 3. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizada porque la fuente de luz presenta al menos una transicion entre dos semiconductores dopados de diferente manera, que emite la luz.
  4. 4. - Fuente de fotones individuales segun la reivindicacion 3, caracterizada porque la fuente de luz es un diodo emisor de luz (LED).
  5. 5. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque sobre la superficie o superficie lfmite de la fuente de luz esta dispuesto al menos un cuerpo solido activo, que esta separado al menos 10 |im, preferiblemente al menos 50 |im, del cuerpo solido activo mas proximo.
  6. 6. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la superficie lfmite o superficie de la fuente de luz esta modificada localmente para alojar el cuerpo solido activo.
  7. 7. - Fuente de fotones individuales segun la reivindicacion 6, caracterizada porque la modificacion local esta configurada de tal manera que favorece la acumulacion de cuerpos solidos activos, que se ponen en contacto con la superficie o superficie lfmite.
  8. 8. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizada porque la modificacion local esta configurada de tal manera que en el caso del contacto de un cuerpo solido activo con la misma se libera una mayor energfa de enlace que en el caso del contacto de este cuerpo solido activo con una zona no modificada localmente sobre la superficie o superficie lfmite de la fuente de luz.
  9. 9. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque la modificacion local esta configurada de tal manera que forma, para el cuerpo solido activo, un mmimo en un campo potencial.
  10. 10. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada porque la modificacion local esta configurada de tal manera que define la zona espacial, desde la que emite luz la fuente de luz primaria.
  11. 11. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque el cuerpo solido activo presenta al menos una direccion preferente de tal manera que un foton incidente desde esta direccion preferente, procedente de la fuente de luz primaria, excita con una mayor probabilidad la emision de un foton individual que un foton incidente desde otra direccion.
  12. 12. - Fuente de fotones individuales segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque el cuerpo solido activo es un sistema semiconductor de baja dimension con confinamiento cuantico o un nanodiamante con un centro de color.
  13. 13. - Procedimiento para la produccion de una fuente de fotones individuales a partir de una fuente de luz, que emite fotones con una energfa de excitacion, con las etapas:
    • una superficie o superficie lfmite de la fuente de luz, a traves de la que se emite luz, se modifica localmente en uno o varios sitios;
    • uno o varios cuerpos solidos activos, que en el caso de excitacion mediante fotones de la energfa de excitacion en un intervalo de tiempo predeterminado emiten un foton individual con una energfa de emision menor, se ponen en contacto con la superficie o superficie lfmite, de modo que se acumulan en los sitios modificados localmente.
  14. 14. - Procedimiento segun la reivindicacion 13, caracterizado porque se incorporan a la superficie o superficie lfmite caractensticas topograficas como modificaciones locales.
  15. 15. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 13 a 14, caracterizado porque la superficie o superficie lfmite se carga electricamente de manera local para una modificacion local.
  16. 16.- Procedimiento segun una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el o los cuerpos solidos activos acumulados se adhieren con la fuente de luz.
    5 17.- Procedimiento segun una de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque los cuerpos solidos activos se
    eliminan de regiones sobre la superficie o superficie lfmite, que no se modificaron localmente.
  17. 18.- Procedimiento segun una de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque los cuerpos solidos activos en una disolucion coloidal se ponen en contacto con la superficie o superficie lfmite.
    10
ES13826554.1T 2012-12-20 2013-11-27 Fuente de fotones individuales apropiada para la producción a gran escala y procedimiento de producción Active ES2618286T3 (es)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012025088 2012-12-20
DE102012025088.6A DE102012025088A1 (de) 2012-12-20 2012-12-20 Massenfertigungstaugliche Einzelphotonenquelle und Herstellungsverfahren
PCT/DE2013/000725 WO2014094705A1 (de) 2012-12-20 2013-11-27 Massenfertigungstaugliche einzelphotonenquelle und herstellungsverfahren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2618286T3 true ES2618286T3 (es) 2017-06-21

Family

ID=50030018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES13826554.1T Active ES2618286T3 (es) 2012-12-20 2013-11-27 Fuente de fotones individuales apropiada para la producción a gran escala y procedimiento de producción

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10074771B2 (es)
EP (1) EP2936628B1 (es)
JP (1) JP6244371B2 (es)
KR (1) KR102283165B1 (es)
CN (1) CN105379033B (es)
DE (1) DE102012025088A1 (es)
ES (1) ES2618286T3 (es)
WO (1) WO2014094705A1 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101940748B1 (ko) * 2017-12-29 2019-01-21 한국광기술원 외부 캐버티를 갖는 단일 광자 소스 방출 장치
CN109713094B (zh) * 2018-11-27 2020-07-17 中国科学院微电子研究所 一种单光子光源的制备方法及元器件
DE102019009145B4 (de) 2019-05-25 2024-10-10 Quantum Technologies Gmbh Mikroelektronischer Schaltkreis mit einem Farbzentrum
US11451306B2 (en) * 2019-06-14 2022-09-20 Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of Commerce Single quantum emitter single photon source and producing a single photon stream
DE112020003569A5 (de) 2019-07-25 2022-04-28 Quantum Technologies UG (haftungsbeschränkt) NV-Zentrum basierender mikrowellenfreier Quantensensor und dessen Anwendungen und Ausprägungen
CN111261761B (zh) * 2020-01-31 2021-03-23 清华大学 一种伪单光子源及制备方法
CN111341890B (zh) * 2020-03-13 2021-10-01 天津华慧芯科技集团有限公司 一种双偏振输出量子密钥分发光源及其制备方法
KR102822108B1 (ko) * 2023-08-11 2025-06-18 주식회사 브라이트퀀텀 단광자 광원

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019333B1 (en) * 1999-11-16 2006-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Photon source
US6728281B1 (en) * 2000-02-10 2004-04-27 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Quantum-dot photon turnstile device
FR2809542B1 (fr) * 2000-05-29 2005-02-25 France Telecom Source a un photon a base d'emetteurs dont les frequences sont reparties de maniere choisie
WO2002056238A2 (en) 2000-12-15 2002-07-18 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Quantum-dot triggered photon and triggered photon pair
US7132676B2 (en) * 2001-05-15 2006-11-07 Kabushiki Kaisha Toshiba Photon source and a method of operating a photon source
GB2380605B (en) * 2001-10-02 2004-01-14 Toshiba Res Europ Ltd A photon source and method of its fabrication and operation
US7335908B2 (en) * 2002-07-08 2008-02-26 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
US20040151461A1 (en) 2003-01-22 2004-08-05 Hill Steven E. Broadband optical pump source for optical amplifiers, planar optical amplifiers, planar optical circuits and planar optical lasers fabricated using group IV semiconductor nanocrystals
US20070277730A1 (en) * 2004-03-02 2007-12-06 James Rabeau Photon Source
US7642557B2 (en) * 2004-05-11 2010-01-05 Los Alamos National Security, Llc Non-contact pumping of light emitters via non-radiative energy transfer
JP4504833B2 (ja) * 2005-02-17 2010-07-14 富士通株式会社 秘密鍵配送システム
DE102005057800B4 (de) * 2005-11-30 2009-02-26 Technische Universität Berlin Einzelphotonenquelle und Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb
JP4866108B2 (ja) * 2006-03-08 2012-02-01 富士通株式会社 単一光子発生デバイス、単一光子検出デバイス及び光量子ゲート
US8208502B2 (en) * 2006-10-03 2012-06-26 California Institute Of Technology Fiber-coupled solid state microcavity light emitters
GB2443220B (en) * 2006-10-23 2011-10-26 Toshiba Res Europ Ltd A semiconductor device and method of its manufacture
US8076667B2 (en) * 2006-12-24 2011-12-13 Lehigh University Efficient light extraction method and device
JP5045743B2 (ja) * 2007-03-26 2012-10-10 富士通株式会社 単一光子発生装置
GB0902569D0 (en) * 2009-02-16 2009-04-01 Univ Southampton An optical device
US8455904B2 (en) * 2009-04-20 2013-06-04 3M Innovative Properties Company Non-radiatively pumped wavelength converter
AU2010275863A1 (en) * 2009-07-23 2012-02-09 Commissariat A L'energie Atomique An electrically driven single photon source
US8586963B2 (en) * 2009-12-08 2013-11-19 Lehigh University Semiconductor light-emitting devices having concave microstructures providing improved light extraction efficiency and method for producing same
EP2341558B1 (en) * 2009-12-30 2019-04-24 IMEC vzw Method of manufacturing a semiconductor device
US8653550B2 (en) * 2010-12-17 2014-02-18 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Inverted light emitting diode having plasmonically enhanced emission
US20130056704A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 Nano-Meta Technologies Inc. Single-photon generator and method of enhancement of broadband single-photon emission
US20150021549A1 (en) * 2012-01-18 2015-01-22 The Penn State Research Foundation Light emitting diodes with quantum dot phosphors
DE102012016178B3 (de) * 2012-08-16 2013-08-29 Forschungszentrum Jülich GmbH Verfahren zur optischen Übertragung einer Struktur in ein Aufnahmemedium

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012025088A1 (de) 2014-06-26
CN105379033A (zh) 2016-03-02
JP2016504766A (ja) 2016-02-12
EP2936628B1 (de) 2017-01-11
WO2014094705A1 (de) 2014-06-26
KR102283165B1 (ko) 2021-07-30
JP6244371B2 (ja) 2017-12-06
EP2936628A1 (de) 2015-10-28
KR20150099723A (ko) 2015-09-01
US20150318437A1 (en) 2015-11-05
CN105379033B (zh) 2018-10-02
US10074771B2 (en) 2018-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102283165B1 (ko) 대량 생산에 적합한 단광자 방출기 및 제조 방법
CN103190004B (zh) 发光元件及其制造方法、发光装置的制造方法、照明装置、背光灯、显示装置以及二极管
EP1385041B1 (en) A light-emitting device comprising porous alumina, and corresponding method of fabrication
KR102330049B1 (ko) 비방사 에너지 전달에 기초하는 고체 상태 조명 장치
Stefani et al. Beyond quantum jumps: blinking nanoscale light emitters
KR100446622B1 (ko) 실리콘 광소자 및 이를 적용한 발광 디바이스 장치
KR102666845B1 (ko) 화소, 이를 구비하는 표시 장치, 및 그의 제조 방법
CN108206228A (zh) 发光设备以及发光设备的制造方法
CN103346476B (zh) 光子晶体纳腔量子环单光子发射器件及其制备方法
CN102792467A (zh) 发光装置、发光装置的制造方法、照明装置和背光源
KR102669161B1 (ko) 발광 장치 및 이를 구비하는 표시 장치
Moon et al. Microstructured air cavities as high-index contrast substrates with strong diffraction for light-emitting diodes
CN113366641A (zh) 发光器件、包括其的显示设备以及制造显示设备的方法
KR20140080745A (ko) 광추출 효율이 향상된 발광 소자
EP3114738B1 (en) Semiconductor light-emitting device with an axis of symmetry
ES2615279T3 (es) Procedimiento para la transferencia óptica de una estructura a un medio de registro
US20180337359A1 (en) Nanoscale light emitting diode, and methods of making same
TW200703722A (en) Deep ultraviolet light emitting devices and methods of fabricating deep ultraviolet light emitting devices
WO2012091329A2 (ko) 발광소자의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 발광소자
KR20140094970A (ko) 준 면발광 수직형 유기발광 트랜지스터 및 그 제조 방법
JP2015101892A (ja) 視線誘導装置
DE602006006616D1 (de) Optischer Halbleitermodulator mit Quantentopfstruktur zur Erhöhung der effektiven Fotostromerzeugungskapazität
US20220344541A1 (en) Optically Active Quantum Dot Defined By Gates
JP2008243915A5 (es)
Lin et al. Optical modulation and manipulation of neurons and cells with high efficiency through quantum dots and photonic crystals