[发明专利]一种Si-V发光的金刚石颗粒与石英光纤的复合方法

说明书

本发明提供了一种Si‑V发光的金刚石颗粒与石英光纤的复合方法，所述的复合方法为：使用金刚石粉末溶液对石英光纤进行涂覆处理；采用热丝化学气相沉积法，在经过涂覆处理的石英光纤上制备得到分散的Si‑V发光的金刚石颗粒，即完成Si‑V发光的金刚石颗粒与石英光纤的复合；本发明方法使用化学气相沉积直接将SiV发光的纳米金刚石沉积在光纤上，简单可行，且二者之间通过化学成键的方式结合，结合力较强，金刚石颗粒不易从光纤上脱落；与N‑V发光相比，Si‑V发光具有优异的发光性能，如具有发光寿命短，发光峰窄，声子耦合弱的性能，能够更好地产生用于量子通信等领域的光子。

(一)技术领域

本发明涉及一种Si-V发光的分散的金刚石颗粒与石英光纤的复合方法。

(二)背景技术

量子保密通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式。量子保密通信需要使用单光子传递密匙信号，因此必须要有稳定的单光子源。单光子源是指在任意时刻都能发射并且只发射一个光子的光源。常见的单光子源有：单原子、单分子、单量子点以及金刚石色心。当单光子源应用在量子保密通信领域时，需要通过光纤传输单光子信号。光纤是一种封装在塑料中的纤维，是光学通信工具，其中石英光纤是使用最广泛的光纤材料。

使用光纤传递单光子信号时，如果单光子源不是直接附着在光纤上，那么单光子信号传递到光纤上的过程中，会因为空气等介质的存在而产生信号衰减。因此，如果将单光子源和光纤复合，可能将信号衰减降到最低。同时单光子源与光纤直接复合，受外界环境的影响很小，非常稳定；并且可以方便地将其移植到外界磁场、电场等外场系统中。其中，金刚石色心是性能优异的单光子源，目前使用的金刚石色心一般是N-V色心。目前将金刚石的N-V色心与光纤复合的方法有两种：一、将含有N-V色心的金刚石颗粒混入熔融的光纤中，冷却后得到含有金刚石N-V色心的光纤；二、将含有N-V色心的金刚石颗粒直接粘着在光纤端面。但是这两种方法均具有弊端：第一种方法具有将光纤加热到熔融态，而石英光纤的熔点约为1750℃，这个温度下金刚石N-V色心会被破坏，因此不利于单光子源性能；第二种方法得到的金刚石与光纤的复合方式是通过直接将含有N-V色心的金刚石粘着在光纤上，二者之间的结合力很弱，在实际应用中容易脱落。与N-V色心相比，Si-V色心具有发光峰窄、发光寿命短、声子耦合弱的特点，更适合用于量子通信等领域。

针对现有技术中所存在的弊端，本发明使用热丝化学气相沉积法，在石英光纤上沉积分散的金刚石颗粒，获得了较强的Si-V发光，实现了Si-V发光的金刚石与光纤的有效复合。

(三)发明内容

本发明的目的是提供一种Si-V发光的分散的金刚石颗粒与石英光纤的复合方法，所述的Si-V发光在光致发光谱(PL谱)中特征峰位于738nm处，线宽较窄(～5nm)，发光寿命很短(1.2ns)，使得Si-V成为极具潜力的单光子源。

本发明采用如下技术方案：

一种Si-V发光的金刚石颗粒与石英光纤的复合方法，所述的复合方法包括如下步骤：

(1)使用金刚石粉末溶液对石英光纤进行涂覆处理；

(2)采用热丝化学气相沉积法，在经过步骤(1)处理的石英光纤上制备得到分散的Si-V发光的金刚石颗粒，即完成Si-V发光的金刚石颗粒与石英光纤的复合。

具体的，所述步骤(1)的操作方法为：

将聚乙烯醇和二甲基亚砜混合，升温至70～90℃，超声混匀(使用功率为180W的超声机超声1h)，然后加入金刚石粉末(粒径为100nm)混匀，得到混合液；将所得混合液涂覆于石英光纤上，涂覆后的石英光纤用去离子水清洗，干燥备用；

所述金刚石粉末与聚乙烯醇、二甲基亚砜的投料质量比为1：0.5～1：80～100；

所述将混合液涂覆于石英光纤上的方法可以为：将石英光纤浸没于混合液中5～20分钟，取出后即在石英光纤的表面涂覆了一层厚度约为1mm的混合液。