Recent efforts to define microscopic solid-immersion-lenses (SIL) by focused ion beam milling into diamond substrates that are registered to a preselected single photon emitter are summarized. We show how we determine the position of a single emitter with at least 100 nm lateral and 500 nm axial accuracy, and how the milling procedure is optimized. The characteristics of a single emitter, a Nitrogen Vacancy (NV) center in diamond, are measured before and after producing the SIL and compared with each other. A count rate of 1.0 × 106 counts/s is achieved with a [111] oriented NV center.

1.
W. E.
Moerner
and
L.
Kador
,
Phys. Rev. Lett.
62
,
2535
(
1989
).
2.
F.
Jelezko
and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Status Solidi A
203
,
3207
(
2006
).
3.
M. V. G.
Dutt
,
L.
Childress
,
L.
Jiang
,
E.
Togan
,
J.
Maze
,
F.
Jelezko
,
A. S.
Zibrov
,
P. R.
Hemmer
, and
M. D.
Lukin
,
Science
316
,
1312
(
2007
).
4.
R.
Brouri
,
A.
Beveratos
,
J.-P.
Poizat
, and
P.
Grangier
,
Opt. Lett.
25
,
1294
(
2000
).
5.
C.
Kurtsiefer
,
S.
Mayer
,
P.
Zarda
, and
H.
Weinfurter
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
290
(
2000
).
6.
G.
Balasubramanian
,
I. Y.
Chan
,
R.
Kolesov
,
M.
Al-Hmoud
,
J.
Tisler
,
C.
Shin
,
C.
Kim
,
A.
Wojcik
,
P. R.
Hemmer
,
A.
Krueger
,
T.
Hanke
,
A.
Leitenstorfer
,
R.
Bratschitsch
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nature
455
,
648
(
2008
).
7.
K.
Koyama
,
M.
Yoshita
,
M.
Baba
,
T.
Suemoto
, and
H.
Akiyama
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
1667
(
1999
).
8.
K.
Lee
,
X.
Chen
,
H.
Eghlidi
,
P.
Kukura
,
R.
Lettow
,
A.
Renn
,
V.
Sandoghdar
, and
S.
Gotzinger
,
Nat. Photonics
5
,
166
(
2011
).
9.
W.
Barnes
,
G.
Björk
,
J.
Gérard
,
P.
Jonsson
,
J.
Wasey
,
P.
Worthing
, and
V.
Zwiller
,
Eur. Phys. J. D
18
,
197
(
2002
).
10.
T. M.
Babinec
,
B. J. M.
Hausmann
,
M.
Khan
,
Y.
Zhang
,
J. R.
Maze
,
P. R.
Hemmer
, and
M.
Loncar
,
Nat. Nano
5
,
195
(
2010
).
11.
S. M.
Mansfield
and
G. S.
Kino
,
Appl. Phys. Lett.
57
,
2615
(
1990
).
12.
G.
Wrigge
,
I.
Gerhardt
,
J.
Hwang
,
G.
Zumofen
, and
V.
Sandoghdar
,
Nat. Phys.
4
,
60
(
2008
).
13.
A. N.
Vamivakas
,
M.
Atatuere
,
J.
Dreiser
,
S. T.
Yilmaz
,
A.
Badolato
,
A. K.
Swan
,
B. B.
Goldberg
,
A.
Imamoglu
, and
M. S.
Unlu
,
Nano Lett.
7
,
2892
(
2007
).
14.
L.
Robledo
,
L.
Childress
,
H.
Bernien
,
B.
Hensen
,
P. F. A.
Alkemade
, and
R.
Hanson
,
Nature
477
,
574
(
2011
).
15.
G.
Waldherr
,
Y.
Wang
,
S.
Zaiser
,
M.
Jamali
,
T.
Schulte-Herbrüggen
,
H.
Abe
,
T.
Ohshima
,
J.
Isoya
,
J. F.
Du
,
P.
Neumann
, and
J.
Wrachtrup
,
Nature
506
,
204
(
2014
).
16.
R.
Kolesov
,
K.
Xia
,
R.
Reuter
,
M.
Jamali
,
R.
Stöhr
,
T.
Inal
,
P.
Siyushev
, and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
120502
(
2013
).
17.
B.
Naydenov
,
F.
Dolde
,
L. T.
Hall
,
C.
Shin
,
H.
Fedder
,
L. C. L.
Hollenberg
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Rev. B
83
,
081201
(
2011
).
18.
P.
Siyushev
,
F.
Kaiser
,
V.
Jacques
,
I.
Gerhardt
,
S.
Bischof
,
H.
Fedder
,
J.
Dodson
,
M.
Markham
,
D.
Twitchen
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
241902
(
2010
).
19.
L.
Marseglia
,
J. P.
Hadden
,
A. C.
Stanley-Clarke
,
J. P.
Harrison
,
B.
Patton
,
Y.-L. D.
Ho
,
B.
Naydenov
,
F.
Jelezko
,
J.
Meijer
,
P. R.
Dolan
,
J. M.
Smith
,
J. G.
Rarity
, and
J. L.
O’Brien
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
133107
(
2011
).
20.
M.
Baba
,
T.
Sasaki
,
M.
Yoshita
, and
H.
Akiyama
,
J. Appl. Phys.
85
,
6923
(
1999
).
21.
N.
Bobroff
,
Rev. Sci. Instrum.
57
,
1152
(
1986
).
22.
R. E.
Thompson
,
D. R.
Larson
, and
W. W.
Webb
,
Biophys. J.
82
,
2775
(
2002
).
24.
S.
Hell
,
G.
Reiner
,
C.
Cremer
, and
E. H. K.
Stelzer
,
J. Microsc.
169
,
391
(
1993
).
25.
T. D.
Visser
,
J. L.
Oud
, and
G. J.
Brakenhoff
,
Optik
90
,
17
(
1992
).
26.
K.
Ohno
,
F.
Joseph Heremans
,
L. C.
Bassett
,
B. A.
Myers
,
D. M.
Toyli
,
A. C.
Bleszynski Jayich
,
C. J.
Palmstrøm
, and
D. D.
Awschalom
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082413
(
2012
).
27.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4902818 for the source listing.
28.
M.
Widmann
,
S.-Y.
Lee
,
T.
Rendler
,
N. T.
Son
,
H.
Fedder
,
S.
Paik
,
N.
Zhao
,
S.
Yang
,
I.
Booker
,
A.
Denisenko
,
M.
Jamali
,
S. A.
Momenzadeh
,
T.
Widmann
 et al “
Coherent control of single spins in silicon carbide at room temperature
,”
Nat. Mater.
(published online).
29.
S. C.
Kitson
,
P.
Jonsson
,
J. G.
Rarity
, and
P. R.
Tapster
,
Phys. Rev. A
58
,
620
(
1998
).
30.
K.
Beha
,
A.
Batalov
,
N. B.
Manson
,
R.
Bratschitsch
, and
A.
Leitenstorfer
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
097404
(
2012
).
31.
K. Y.
Han
,
D.
Wildanger
,
E.
Rittweger
,
J.
Meijer
,
S.
Pezzagna
,
S. W.
Hell
, and
C.
Eggeling
,
New J. Phys.
14
,
123002
(
2012
).
32.
I.
Aharonovich
,
S.
Castelletto
,
D. A.
Simpson
,
A. D.
Greentree
, and
S.
Prawer
,
Phys. Rev. A
81
,
1
(
2010
).
33.
E.
Neu
,
M.
Agio
, and
C.
Becher
,
Opt. Express
20
,
19956
(
2012
); e-print arXiv:1107.0502.
34.
P. L.
Stanwix
,
L. M.
Pham
,
J. R.
Maze
,
D.
Le Sage
,
T. K.
Yeung
,
P.
Cappellaro
,
P. R.
Hemmer
,
A.
Yacoby
,
M. D.
Lukin
, and
R. L.
Walsworth
,
Phys. Rev. B
82
,
201201
(
2010
).
35.
The T2 time depends sensitively on the magnetic field alignment along the NV axis, which has an uncertainty of about 10° in the present case.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.