مقالة منهجية

صدى الأسفار نقطة الكم إينجاس في تجويف مستو متعامد الإثارة والكشف عنها باستخدام

DOI:

10.3791/56435

⸱

أكتوبر 13, 2017

 ,  , 
1Department of Physics and Astronomy, West Virginia University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن تحقيق الإثارة مدوية من نقطة واحدة الكم الذاتي تجميعها باستخدام أسلوب إثارة متعامد إلى وضع مجموعة الأسفار. علينا أن نظهر أسلوب استخدام دليل موجي ووسائط فابري-بيرو مستو ميكروكافيتي المحيطة بالنقاط الكم. الأسلوب الذي يسمح بحرية كاملة في الكشف عن الاستقطاب.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

القدرة على إجراء تزامن الكشف عن الإثارة والأسفار رنانة مهم للقياسات الضوئية الكم الكم النقاط (قدس). الإثارة رنانة دون كشف الأسفار – على سبيل المثال، قياس انتقال تفاضلية – يمكن تحديد بعض خصائص النظام التي ينبعث منها قدر، ولكن لا يسمح للتطبيقات أو قياسات استناداً إلى الفوتونات المنبعثة. على سبيل المثال، يتطلب قياس الارتباطات فوتون، ومراقبة الثلاثي مولو، وتحقيق مصادر فوتون واحد جميع جمع الأسفار. الإثارة غير متسق مع الكشف عن الأسفار – على سبيل المثال، أعلاه الإثارة الفرقة الفجوة – يمكن استخدامها لإنشاء مصادر فوتون واحد، لكن الإخلال بالبيئة نتيجة للإثارة يقلل إينديستينجويشابيليتي الفوتونات. مصادر فوتون واحد استناداً إلى قدس سيتعين أن تنقل متحمس ليكون إينديستينجويشابيليتي فوتون عالية، وجمع المتزامن للفوتونات سيكون ضروريا لجعل الاستفادة منها. علينا أن نظهر وسيلة تنقل إثارة QD واحد المضمنة في تجويف مستو باقتران شعاع الإثارة في هذا التجويف من وجه ملصوق العينة حين جمع الأسفار على طول اتجاه طبيعي سطح العينة. مطابقة شعاع الإثارة إلى وضع دليل موجي تجويف بعناية، ضوء الإثارة يمكن أن زوجين في التجويف وتتفاعل مع QD. يمكن الزوجين الفوتونات المتفرقة إلى الوضع فابري-بيرو تجويف والهروب في الاتجاه العادي السطحي. هذا الأسلوب يسمح بحرية كاملة في الكشف عن الاستقطاب، ولكن مقيد بالإثارة والاستقطاب باتجاه نشر الشعاع الإثارة. الأسفار من الطبقة ترطيب يوفر دليلاً لمحاذاة المسار جمع فيما يتعلق بشعاع الإثارة. تعامد الإثارة والكشف عن أوضاع تمكن الإثارة مدوية من QD واحد مع الخلفية ونثر الليزر لا يعتد بها.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإثارة مدوية من باعث الكم واحد جنبا إلى جنب مع كشفها الأسفار كان تحديا تجريبية طويلة الأجل أساسا بسبب عدم القدرة على تميز طيفيا fluorescence ضعيفة من بعثرة الإثارة قوية. هذه الصعوبة، ومع ذلك، قد تم التغلب بنجاح على في العقد الماضي بنهجين مختلفين: الإثارة [كنفوكل] الظلام-الحقل استناداً إلى الاستقطاب التمييز1،2،،من34 ،5، والإثارة-كشف متعامد استناداً إلى الوضع المكاني التمييز6،،من78،9،10،11، 13،،من 1214. كلا النهجين تثبت قدرة قوية على قمع كبير نثر ليزر وهكذا هي اعتمدت على نطاق واسع في مختلف التجارب، على سبيل المثال، من المراقبة تدور-فوتون تشابك5،15، 16، مظاهرة للدول يرتدي7،2،12،18،17،19،،من2021 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26، والتلاعب متماسكة يدور المحصورة3،27،28،،من2930. أيا من النهجين يمكن تطبيقها عالمياً لكل حالة؛ كل يقتصر على بعض الشروط المحددة. تستخدم تقنية الحقل الظلام درجة الاستقطاب الحرية للفوتونات لقمع بعثرة الليزر الإثارة. هذا الأسلوب له مزايا عدة. على سبيل المثال، لا يوجد أي شرط لوضع دليل موجي محددة تحديداً جيدا، والتي تتيح تنفيذ [كنفوكل] فقط. يسمح التنفيذ [كنفوكل] للإثارة دائري الاستقطاب وربما أشد تركيز شعاع الإثارة في باعث الكم، أدى إلى ارتفاع حدة الإثارة. بيد أن هذا الأسلوب الانتقائي الاستقطاب يقيد الاستقطاب الكشف عن أن يكون متعامد إلى الإثارة والاستقطاب ومما يحول دون وصف كامل لخصائص الاستقطاب الأسفار. وبالمقارنة، يحفظ التمييز المكاني وضع حرية كاملة للكشف عن الاستقطاب عن طريق استخدام تعامد بين وسائط النشر من عوارض الإثارة والكشف لمنع تشتت الليزر4. القيود التي تفرضها هذه التقنية هي ضرورة بنية الدليل الموجي في العينة لتوفير أسلوب إثارة متعامد إلى الكشف عن النمط، وتقييد الاستقطاب الإثارة أن يكون عمودياً على اتجاه انتشار شعاع .

هنا، علينا أن نظهر على بروتوكول لإنشاء إعداد مجاناً-الفضائية متعامد إثارة-كشف لتجارب الرنين الأسفار. مقارنة بالعمل الرائد على التمييز وضع المكانية التي تستخدم فيها ألياف الضوئية لزوجين الضوء في تجويف6، هذا البروتوكول يوفر حلاً في مساحة حرة، ولا تتطلب مكونات الحركية جبل أما العينة أو الألياف في كريوستات. غرامة السيطرة على اتجاهات شعاع الإثارة، والكشف عن مسار يتم التلاعب بالبصريات الخارجية إلى كريوستات، بينما العدسات اللاصقة القميص بمثابة تركز على أهداف داخل المنطقة الباردة من كريوستات. نحن نقدم صور الممثل الخطوات المحاذاة الرئيسية عملية تحقيق الإثارة مدوية والكشف عن الأسفار من نقطة واحدة من كم.

ويزرع العينة المستخدمة لهذه المظاهرة تنضيد الحزمة الجزيئية (MBE). النقاط الكم InGaAs (قدس) المضمنة في فاصل GaAs التي تحدها اثنين الموزعة براج عاكسات (دبرس)، كما هو موضح في طريقة عرض تكبير/تصغير في العينة في الشكل 1. بمثابة فاصل GaAs بين دبرس الدليل موجي، حيث يقتصر شعاع الإثارة بالانعكاس الداخلي الكلي. دبرس أيضا بمثابة مرايا انعكاسية عالية وافيفيكتورس التي طبيعية تقريبا إلى الطائرة عينة. ويشكل هذا وضع فابري-بيرو التي زوجين قدس عند انبعاث الأسفار. يجب أن يكون الوضع فابري-بيرو الرنانة مع الانبعاث λ الطول الموجي لقدس، الأمر الذي يتطلب فاصل GaAs يكون عددا صحيحاً متعددة من λ/n, حيث n هو مؤشر الانكسار من GaAs. لهذه التظاهرة، سمك مباعدة GaAs يتم اختياره ليكون 4λ/n, وهو تقريبا 1 ميكرومتر، كي يكون بالقرب من حجم البقعة حيود محدودة لشعاع الإثارة الحادثة. سيؤدي فاصل أضيق انخفاض كفاءة اقتران شعاع الإثارة إلى وضع دليل موجي.

ويرد في الشكل 1الإعداد التجريبية. لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة اقتران، هدف أحادية العدسة اللاصقة هobj مع الفتحة العددية نا = 0.5 وهو اختيار البعد البؤري من 8 مم تركيز شعاع الإثارة على وجه ملصوق العينة. وظيفة المقراب كيبليريان (التي تتألف من زوج عدسة E1 و E2) في مسار الإثارة ذو شقين: (1) لملء الفتحة ل هدف ه الإثارةobj حيث يتركز شعاع الإثارة محكم لمطابقة أفضل وضع للدليل الموجي (في وإدراك هذا القطر شعاع وتحديدالمنطقه 2.5 ملم)، و (2) لتوفير ثلاث درجات من الحرية للمناورة الوصل لشعاع الإثارة في وجه ملصوق من العينة. هي التي شنت عدسة E1 جبل متعدية الجنسيات س ص يوفر اثنان درجات الحرية إزاحة الفور الإثارة بحرية في طائرة الوجه عينة ملصوق. هي التي شنت E2 عدسة تكبير غير الدورية الإسكان التي تنص على حرية اختيار عمق الوصل في العينة. هذه الثلاث درجات من الحرية تسمح لنا بتحسين الإثارة مدوية من QD واحدة دون الحاجة إلى تنقل العينة نفسها.

في مسار جمع الأسفار، يستخدم تكوين عدسة مماثلة (Lobj، المستوى 1 والمستوى 2) للسماح بالكشف عن الأسفار من أجزاء مختلفة من النموذج. وتركز الضوء من العينة بواحد من اثنين من العدسات الأنبوبة على أما حساسة للأشعة تحت الحمراء كاميرا (لكام) أو فتحه المدخل من المطياف (Lالمواصفات). يضبط الحركة من المستوى 1 على طول محور ع تركيز الصورة، والترجمة الأفقي من L2 الأسباب الصورة للمسح الضوئي عبر طائرة العينة. الأطوال من المستوى 1 والمستوى 2 على قدم المساواة حتى التكبير هو الوحدة. ويتم ذلك لتعظيم نطاق L2 يمكن ترجمتها قبل التظليل يحدث.

لتسهيل محاذاة وموقعه QD، أدمجت إضاءة الصنع استناداً إلى الإضاءة كولر في الإعداد، كما هو مبين في الشكل 1. غرض الإضاءة كولر هو توفير الإضاءة موحدة للعينة والتأكد من أن أناماجي لمصدر الإضاءة الخفيفة غير مرئية في الصورة عينة. تكوينات العدسة إضاءة وطريق جمع مصممة بعناية لفصل الطائرات الصورة المتقارنة العينة ومصدر الضوء. كل عدسة في مسار جمع يفصلها عن جيرانها مجموع أطوال الاتصال بهم. هذا يضمن أن أينما عينة الصورة في التركيز--مثل في استشعار الكاميرا – امتبائر الصورة مصدر الضوء تماما. وبالمثل، حيث الصورة مصدر الضوء في التركيز – مثل في المستوى البؤري مرة أخرى الهدف – صورة عينة الأبعاد تماما. مصدر الضوء ضوء تجارية التي تنبعث منها انبعاث صمام ثنائي (LED) في 940 نانومتر. غشاء الفتحة يمكن تعديل شدة الإضاءة، والحجاب الحاجز حقل يحدد مجال الرؤية تكون مضيئة. مفاتيح لتحقيق الإضاءة موحدة لتعيين المسافة بين عدسة K4 و L2 يكون مجموع الأطوال من اثنين من العدسات، والتأكد من أن فتحه لobj لا مملوء بالإضاءة. في هذا البروتوكول، كما يستخدم الإضاءة لتحسين المسافة بين لobj والعينة.

الهدف لobj وأما عدسة أنبوب يوفر تكبير من 20 x على الكاميرا أو المطياف. زوج عدسة L3 و L4 بين لobj ولالمواصفات أشكال تلسكوب كيبليريان آخر يوفر تكبير x 4 إضافية للصورة على جهاز اقتران (CCD) المطياف. إضافة العدسات النتائج L3 و L4 في تكبير الكلي من x 80، هو أمر ضروري لتمييز الأسفار مكانياً عن قريب قدس. L3 و L4 هي التي شنت على التقليب يتصاعد لتسهيل التحول من التكبير لتكبير 20 x ويوفر مجال رؤية أكبر في العينة.

لتداخل مجال الرؤية من طريق جمع مع مسار شعاع الإثارة من خلال الدليل الموجي، مفيد انبعاث دوت الكم ترطيب طبقة من الاستمرارية. أحد تحديد الطول الموجي انبعاث طبقة التبول عن طريق قياس الطيف الانبعاث من العينة تحت أعلاه الإثارة الفرقة الفجوة. لدينا عينة، ترطيب طبقة الانبعاثات تحدث في ما يقرب من 880 نانومتر في 4.2 ك. باقتران شعاع ليزر الأسلحة الكيميائية في 880 نانومتر إلى الدليل الموجي للعينة، يستطيع المرء أن يلاحظ نمط الانتصارات التي شكلتها رر من طبقة التبول، الذي يظهر في شريط الفيديو المصاحبة لها. الانتصارات يكشف مسار نشر الضوء الإثارة الذي اقترن في الدليل الموجي. أن وجود هذه الانتصارات جنبا إلى جنب مع القدرة على صورة سطح العينة يجعل المحاذاة مباشرة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تنبيه: الرجاء يكون على بينه من الإخطار المحتملة لنثر الليزر أثناء المحاذاة. ارتداء نظارات واقية مناسبة للحماية. لتسهيل عملية المحاذاة، عارض الأشعة تحت حمراء (IR-عارض) أمر ضروري. بطاقة فلورسنت حساسة للأشعة تحت الحمراء أيضا مفيدة ولكن ليس من الضروري-

1-"إعداد نموذج"

الكاتب
  1. استخدام الماس جعل الصفر ضئيلة على حافة السطح العلوي للعينة في الموقع الذي تريده كليف. استخدام اثنين من أزواج من ملاقط المنتهية في شقة بعقد العينة على كلا الجانبين من الصفر. تنطبق عزم دوران إلى الخارج-بالتناوب مع الملاقط وسوف تهزم العينة-
    ملاحظة: الصفر طويلة غير ضرورية لتعزيز ناهضة، والمرجح أنها ستخفض من خلال طبقة دليل موجي مما يجعل من المستحيل الضوء اقتران. وجه ملصوق حساسة ما يكفي أن أي اتصال على سطحه قد تؤدي إلى تلف الوجه دليل موجي.
  2. إرفاق قطعة عينة ملصوق على صفيحة نحاس عينة استخدام الطلاء الفضة موصلة حرارياً أو الإيبوكسي الفضة.
    ملاحظة: ينبغي أن يكون الوجه ملصوق دافق مع حافة لوحة تصاعد حيث أن الليزر الإثارة سوف تصل الوجه عينة دون تدخل.
  3. جبل لوحة النحاس في كريوستات حيث أن الوجه ملصوق وسطح العينة إليها بصريا من خلال النوافذ كريوستات.

2. المحاذاة "مسار الإثارة رنانة"

ملاحظة: لتعظيم كفاءة الربط إلى الدليل الموجي، قد التشكيل الجانبي لشعاع الإثارة الحادثة لتكون مطابقة مع ذلك وهمي إلى الوراء نشر الخروج من شعاع دليل موجي.

  1. محاذاة الخشنة من الإثارة شعاع الليزر للوجه ملصوق من العينة-
    1. استخدام درجات الحرية من الألياف الضوئية مقرنة FC0 ومرآة M0 توجيه شعاع الإثارة على الوجه ملصوق من العينة قبل أن يتم تثبيت العدسات الإثارة.
    2. مستوى شعاع الإثارة أفقياً على حد سواء فيما يتعلق بالجدول البصرية، وفيما يتعلق بالطائرة من العينة-
  2. التثبيت الهدف الإثارة ه obj
    1. وضع العدسة اللاصقة ه obj في جبل متعدية مع ثلاث درجات من حرية الحركة. مركز ه obj على الليزر وتعيين ارتفاع ه obj نفس مركز العينة-
    2. إعداد شاشة ورقة بيضاء خلف العينة على طول طريق الإثارة. استخدام عارض الأشعة تحت الحمراء لمراقبة نقطة مضيئة في الورقة بسبب ضوء الليزر يمر بالعينة-
    3. "ه الشريحة" obj صوب عينة ببطء حتى يمكن رؤية صورة ظلية واضحة للعينة على الورق. ضبط موضع الارتفاع والوحشي ه obj توسيط صورة ظلية في منتصف نقطة مضيئة.
      4. الاحتفاظ بانزلاق
    4. ه obj صوب العينة ببطء، وصورة ظلية على الشاشة تجارب تكبير. وفي الوقت نفسه، ضبط موضع الوحشي ه obj (يمين/يسار) للتعويض عن نقل صورة ظلية الأفقي.
      ملاحظة: أثناء بطء حركة ه obj إلى العينة، سوف تبدأ هامش الحيود تظهر في بعض نقطة. وهذا يوفر إشارة جديدة إلى وضع بقعة مركزة في الطبقة السطحية للعينة.
      5. الاحتفاظ بانزلاق
    5. ه obj صوب العينة ببطء. في كل مكان ه obj، تحول ه obj يسار/يمين زيادة هامش التباعد حتى يكون هناك هامش واحد فقط مرئية للبحث عن هامش على الشاشة-
      ملاحظة: سوف يكون هناك مجموعتين من هامش، واحد إلى اليسار وواحد إلى يمين سطح العينة.
    6. "تحديد موقع الشريحة الإلكترونية" obj اوبج في موقف يقلل من عدد هامش مرئية.
  3. المحاذاة لتلسكوب العدسات E1 و E2
    1. العدسات E1 و E2 بإدراج مسار الإثارة تتمحور حول شعاع الليزر. تفصل E2 موقف ه obj مجموع أطوال الاتصال بهم. تعيين الفاصل بين E1 و E2 يكون مجموع ما أطوال، مثلاً، و 1 + و 2 = 150 مم-
    2. مراقبة نمط صورة ظلية والحيود على الورق باستخدام الأشعة تحت الحمراء-عارض. ضبط ارتفاع E1 لتوسيط صورة ظلية في وسط بقعة الإضاءة الساطعة الليزر.
    3. E2 الانزلاق نحو أو بعيداً عن E1 أثناء ضبط الموضع الأفقي من E1. آمنة E1 و E2 في مواقف كل هامش المجموعات أما تختفي أو إظهار عدد أدنى من هامش في طريقة العرض.
    4. إدراج المستقطب رأسياً المنحى POL قبل E1، وأنها مركز على شعاع الإثارة.
      ملاحظة: قد بعض المستقطبات زاوية آسفين طفيف، التي ستشهد حالة شعاع الإثارة انحراف زاوي. استخدام E1 و E2 للتعويض عن هذا الانحراف.

3. المحاذاة من "مسار جمع فوتولومينيسسينسي"

ملاحظة: أداء نظام التصوير في طريق جمع بني معظمها مصممة بدقة تحديد المواقع ل obj بسبب لها (البعد البؤري قصيرة و obj = 10 مم، غ = 0.55). خطوتين عامة تشترك في محاذاة ل obj: محاذاة الخشنة باستخدام ليزر زناد، وغرامة اللف باستخدام إضاءة وانبعاث GaAs أكسيتون الأكبر. يتم تنفيذ هذه الخطوات المحاذاة مع العينة في درجة حرارة الغرفة-

  1. محاذاة المسار الإثارة الفرقة-الفجوة (زناد) وتركيب الكاميرا المذكورة أعلاه:
    1. زوجين أعلاه شعاع ليزر فرقة فجوة (زناد) في ألياف وضع واحد.
    2. توجيه شعاع الإخراج من صيد تلسكوب الألياف FC1 على العينة عبر مرآة M3-
      3. بقعة
    3. FC1 إمالة أفقياً مركز الليزر على العينة حوالي 1 ملم بعيداً عن حافة ملصوق. إمالة M3 أفقياً إزاحة انعكاس شعاع الليزر أن تكون فقط فوق أو تحت الشعاع الحادث مرة أخرى. كرر هذه العملية عدة مرات حتى تفي بكل المعايير.
    4. إمالة FC1 و M3 عمودياً مستوى شعاع زناد فيما يتعلق بالجدول البصرية والحفاظ على أنها موجهة في العينة-
    5. استخدام عارض الأشعة تحت الحمراء لتحديد موقع الليزر مدوية وبقع الليزر زناد في العينة. تحقق من أن مركز بقعة ليزر زناد في نفس ارتفاع بقعة ليزر رنانة. إذا لم يكن كذلك، استخدام FC1 و M3 لمطابقة مرتفعات شعاع مع الحفاظ على مستوى الجدول شعاع زناد.
    6. غير الاستقطاب شعاع الخائن المكعب (90:10)، نببس، إدراج المسار زناد. مركز المكعب في شعاع زناد حادث-
    7. تحديد موقع الحزم اثنين في شعاع الخائن الإخراج إلى المسار جمع، واحدة من التفكير من العينة، وواحد من التأمل الداخلي داخل المكعب.
    8. تدوير المكعب بزاوية صغيرة (~ 5 درجات) أن يمكن بسهولة فصل الحزم اثنين في الخروج. الضوء ينعكس قبالة سطح العينة يمكن استخدامها كدليل خام إلى محاذاة الكاميرا.
      ملاحظة: لن يتغير اتجاه الشعاع ينعكس داخليا عندما يتم تدوير المكعب حول المحور العمودي-
    9. مستوى المكعب فيما يتعلق بعلامة التبويب البصريةجنيه بضمان شعاع زناد تناظر انعكاس الداخلية داخل المكعب في نفس ارتفاع الحزم الواردة.
      10. كاميرا
    10. وضع حساسة للأشعة تحت الحمراء في طريق العودة ينعكس شعاع زناد. استخدام أنبوب عدسة ل كام مع طول بؤري 200 مم لتركيز الصورة العينة على الكاميرا-
      ملاحظة: يتم استخدام نظام أنبوب الصنع كما هو مبين في الشكل 1، مما يمنع طائشة غرفة الخفيفة من يجري الكشف عن بواسطة الكاميرا بيت العدسة ل كام،.
    11. مجموعة تصل 800 نانومتر طويلة تمرير مرشح، F1، أمام ل كام لتصفية زناد الخفيفة، مما يسمح بملاحظة رر من العينة مع الكاميرا-
  2. التثبيت والاستغلال الأمثل لوضع العدسة L obj
    1. وضع العدسة اللاصقة ل obj في جبل متعدية مع ثلاث درجات من حرية الحركة. مركز ل obj على زناد الليزر وتعيين الفاصل من العينة على أن البعد البؤري، و الكائنات = 10 ملم-
      2. زوج
    2. مجموعة تصل العدسة L1 و L2 (و 1 و 2 = = 50 مم) باستخدام جبل س ص متعدية الجنسيات حيث يتم إصلاح جانب واحد والجانب الآخر منقولة في الطائرة الأفقي يسيطر ميكرومتر.
      ملاحظة: العدسة L2 يذهب إلى الجهة المنقولة من الجبل. عقدت بأنبوب عدسة L1 وتعلق على الجانب الثابت من الجبل. ويوفر النظام أنبوب الحرية لضبط المسافة بين العدسات اثنين من الشد في/خارج الأنبوب العدسة عقد L1 على طول المحور البصري.
    3. تعيين المسافة بين العدسات اثنين لتكون 100 ملم. تعيين L2 في مركز جبل بضبط ميكرومتر.
    4. إدراج السرد العدسة L1 و L2 في المسار زناد بين نببس وفي كريوستات. تعيين المسافة بين L1 و L obj تكون و obj + إف 1. مركز L1 و L2 في الحادث الضوء زناد.
    5. إدراج إضاءة وجليده في طريق جمع كما هو مبين في الشكل 1. تعيين المسافة بين عدسة K4 و L2 يكون مجموع أطوال بهم.
    6. مركز شعاع الإضاءة على L2 بضبط زاوية إضاءة.
    7. ضبط زاوية جليده بمركز الظهر يعكس الإضاءة الخفيفة مرئية في صورة الكاميرا إلى رر الموضعية الناتجة عن الإثارة زناد.
      ملاحظة: غرض المحاذاة، واحد يمكن إغلاق الحاجز الحقل تحديد موقع مركز المنطقة المضاءة.
    8. استخدام فقط إضاءة الضوء، والعثور على عيب السطحية أو الغبار على العينة بالنظر إلى الكاميرا. البحث عن أجزاء أخرى من العينة حسب الحاجة عن طريق تحريك L2 جانبياً.
    9. اضغط L obj في/الخروج على طول المحور البصري لجعل حافة عيب أو الغبار أشد قليلاً.
    10. L2 التحول مرة أخرى إلى مركز الجبل.
    11. رأي رر متحمس زناد الكاميرا على الفور، ونقل ل الكائنات أفقياً حيث يكون بقعة رر 1-2 مم من الحافة ملصوق من العينة-
      ملاحظة: لمسافة أقل من 1 مم، بعثرة الليزر من حافة العينة ملصوق سوف تجمع بهدف ل obj. بينما لمسافة بعيدة جداً عن الوجه ملصوق، يمكنك تجربة شعاع الإثارة التوهين قبل بلوغ QD، مما يقلل من قوة الإثارة القصوى المتاحة.
    12. ويرد L2 تحول أفقياً حتى حافة العينة ملصوق على الكاميرا تحت الإضاءة.
    13. ببطء التحول ل الكائنات عمودياً للبحث عن ليزر مشرق بقعة على حافة العينة، الذي يسببه بعثرة شعاع الإثارة مدوية في وجه ملصوق من العينة ملصوق.
    14. المستوى سبوت PL الناجمة عن الإثارة زناد لليزر مشرق بقعة على حافة ملصوق من العينة-
  3. إعادة تنظيم المسار الإثارة زناد فيما يتعلق بالموقع الجديد لام obj .
    ملاحظة: لتكبير ناحية تقرأ آليا والتقليل من التظليل، من الضروري إعادة مركز البصريات الإثارة وشعاع الإثارة فيما يتعلق بموقع ل obj.
    1. إزالة L1 و L2. مركز شعاع الإثارة على L obj مع ضمان الشعاع في الاتجاه العادي سطح العينة.
    2. L2 مركز على الجبل. مركز L1 و L2 في شعاع الإثارة الحادثة. تعيين المسافة بين L1 و L obj أن مجموع أطوال اثنين، أي، إف 1 + f obj.
    3. "تغيير موضع ل" كام مثل أنه يتركز على زناد ينعكس شعاع. تغيير موضع الكاميرا مثل أنه متحمس زناد رر (استخدام مرشح تمرير طويل) تتمحور حول الصورة-
    4. ضبط زاوية إضاءة وجليده مركز الإضاءة الخفيفة على L2 وعلى بقعة رر الناجمة عن الإثارة زناد.
  4. محاذاة مرايا M1 و M2-
    ملاحظة: سوف ييسر ليزر الموجهة إلى الوراء من خلال والمطياف المحاذاة.
    1. رر مراقب زناد متحمس من العينة في الكاميرا. مركز قزحية (آيريس A) على رر بين جليده و M1-
    2. مركز العدسة L المواصفات على عكس شعاع ووضعه واحد البعد البؤري و المواصفات بعيداً عن الشق مدخل من والمطياف.
    3. إرسال شعاع عكس من والمطياف للعينة بما يعكس الخروج من اثنين من المرايا، M1 و M2-
    4. إعداد آخر آيريس (آيريس ب) بين M2 ول المواصفات ومركز فعلى عكس شعاع.
    5. M2 توجه مركز العكس شعاع على M1 توجيه أ آيريس لتوسيط رر على آيريس ب تكرار هذه العملية عدة مرات حتى يتم الوفاء بكل معايير.
    6. تحديد موقع مركز الشق مدخل (30 ميكرو العرض) من المطياف على اتفاقية مكافحة التصحر عن طريق رصد حيود صفر-ترتيب الضوء الغرفة.
    7. فتح الشق مدخل من والمطياف. باستخدام مرشح تمرير طويل 800 نانومتر، يمكن ملاحظة رر من العينة تحت الإثارة زناد على اتفاقية مكافحة التصحر-
    8. توجيه M1 إلى مركز هذه البقعة عند المدخل شق والمطياف وفي ذروة الأوسط لاتفاقية مكافحة التصحر، وتوجيه M2 مركز شعاع عكس على قزحية العين ألف تكرار هذه العملية عدة مرات حتى يتم كلا المعيارين تحقق
    9. المحاذاة لعدسة زوج L3 و L4: L3 الموقف في مسار جمع رر في موقع غير و 2 + و 3 بعيداً عن العدسة L2. تفصل L4 مكان في مسار جمع L3 مجموع أطوال بهم، و 3 + و 4. ضبط الموضع الأفقي من L4 إلى بقعة مركز رر على اتفاقية مكافحة التصحر-

4. تتداخل مع مسار جمع رر فيما يتعلق "مسار الإثارة رنانة"

  1. باردة أسفل العينة إلى 4.2 ك. مع الإثارة أعلاه الفرقة، استخدام والمطياف تحديد الطول الموجي انبعاث طبقة التبول (عادة حوالي 880 نانومتر).
    2. تعيين
  2. يصل 800 نانومتر طويلة تمرير مرشح F1 أمام ل كام إلى كتلة الضوء زناد. مع مساعدة الضوء منيرا، تحول L2 أفقياً لتحديد حافة العينة ملصوق على الكاميرا-
  3. تعيين الطول الموجي الإثارة الجانبية لتكون مدوية مع طبقة التبول. تحديد موقع بقعة مشرقة ونثر على حافة العينة على الكاميرا ملصوق.
  4. ملاحظة " نمط خط " من فوتولومينيسسينسي على الكاميرا بضبط الموضع الأفقي من E1. زيادة كثافة الانتصارات بتحويل E1 جانبياً.
    ملاحظة: " خط " هو انبعاث طبقة التبول، مما يعني ضمناً أن يقترن شعاع الإثارة إلى الدليل الموجي للعينة.
  5. E1 ضبط عمودياً لنقل متواصلة التداخل مع بقعة رر الناجمة عن الإثارة زناد.
  6. سجل كثافة الطبقة ترطيب pl. ضبط E2 في اتجاه واحد، ثم إعادة تحسين موقف E1؛ ومرة أخرى يسجل كثافة رر ومقارنة بالقيمة السابقة.
  7. إذا زادت الكثافة، كرر تعديل E2 في نفس الاتجاه. إذا كان قد انخفض الشدة، ثم عكس تعديل E2. كرر هذا الإجراء للبحث عن المواقع المثلى ل E1 و E2.

5. الإثارة مدوية من "نقطة واحدة من الكم"

< الفئة p = "jove_content"> ملاحظة: هناك نهجين ممكنين لتحقيق الإثارة مدوية من QD واحدة: (1) ضبط وتيرة الإثارة الليزر لمطابقة صدى QD محددة؛ أو (2) مسح تردد الليزر عبر طاقات صدى الفرقة QD حتى هو لاحظ صدى الأسفار من QD واحد.

  1. الأسلوب (1)-تستهدف الإثارة:
    1. تعيين المقياس الطيفي لرصد حيود الدرجة الأولى في المركز للطول الموجي الانبعاثات للفرقة QD تحت أعلاه الإثارة الفرقة الفجوة. فتح الشق مدخل من والمطياف.
      2. ضبط
    2. قوة الإثارة أعلاه الفرقة حتى تظهر خلفية متوهجة سبب الإثارة ذيل استمرارية الدول طبقة التبول. إغلاق مدخل شق إلى 30 ميكرومتر.
    3. L2 تحول أفقياً للعثور QD مناسبة-على سبيل المثال، واحد ألمع في طريقة العرض. تسجيل طول موجه λ QD QD مقيسا والمطياف.
    4. ضبط الطول الموجي لليزر الإثارة مدوية لتكون بنفس قيمة λ QD-
      ملاحظة: في كثير من الأحيان، والمطياف يمكن التقاط إشارة ضعيفة من بعثرة الليزر الإثارة مدوية من البصريات. إذا لم يكن كذلك، توجيه تقسيم الخروج من شعاع الإثارة إلى والمطياف.
    5. زيادة في QD ' كثافة ق رر في شأن اتفاقية مكافحة التصحر بغرامة ضبط تردد الليزر الإثارة.
      ملاحظة: لبعض قدس، مطلوب كمية صغيرة من الضوء زناد للسماح QD أن تنقل متحمس 10 ، ، من 31 32. قوة الليزر زناد المطلوب عادة حتى منخفضة-نانوواتس مئات قليلة-أن الأسفار لم تنجم إلا عن هذا الشعاع زناد يمكن الكشف عنها بواسطة اتفاقية مكافحة التصحر-
    6. تعظيم كثافة رر QD بضبط الارتفاع وموقف الأفقي لعدسة E1 وموقف محوري لعدسة E2. الاشتراك مع تحسين مواقف العدسات E1 و E2 لزيادة كثافة fluorescence الرنين من QD-
  2. الأسلوب (2)-البحث الطيفية:
    1. تعيين المقياس الطيفي لرصد حيود الدرجة الأولى في المركز للطول الموجي الانبعاثات للفرقة QD. فتح الشق مدخل من والمطياف.
      2. لحن
    2. تواتر الليزر الإثارة عبر نطاق الطاقة من الفرقة QD. سوف تظهر QD تنقل متحمس في اتفاقية مكافحة التصحر كنقطة محاطة باثنين من حلقات متجددة الهواء. اختيار QD هو مشرق.
    3. تعظيم شدته رر بغرامة ضبط الطول الموجي لليزر الإثارة.
    4. زيادة كثافة رر النقطة بضبط الارتفاع والجانبي موقف E1and موقف محوري لعدسة E2. الاشتراك مع تحسين مواقف العدسات E1 و E2 لزيادة كثافة fluorescence الرنين من QD-

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويبين الشكل 1 أعمال خاصة واحدة من المعدات اللازمة لإنجاز الإثارة مدوية من نقطة واحدة من الكم. المدركات الأخرى الممكنة، بل عناصر حاسمة: مسار إثارة للزوجين للدليل الموجي؛ مسار جمع إلى دليل الأسفار للكشف؛ مسار إثارة [كنفوكل] لإثارة على طول مسار المجموعة؛ ومسار إضاءة لتمكين تصوير سطح العينة.

وترد اثنين من الأطياف ربلي الممثل في الشكل 2. والتي تم جمعها من QD محايدة [

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أن الخطوات الحاسمة في البروتوكول: مطابقة الوضع والمحاذاة لشعاع الإثارة إلى وضع دليل موجي؛ والتوافق السليم والتركيز لجمع البصريات. الأجزاء الأكثر صعوبة من هذه الخطوات يتم محاذاة الأولية؛ الاستفادة المثلى من اقتران إعداد محاذاة الفعل بسيط نسبيا. تداخل مجالات جمع والإثارة هو خطوة بسيطة مع القدرة على صورة العينة على الكاميرا، ولكن من الصعب جداً دون هذه القدرة. من أجل تصوير عالي الجودة، الإضاءة كولر السليم أمر بالغ الأهمية. موضوع الإضاءة كولر هو خارج نطاق هذا البروتوكول، ولكن مفهوم معروف في الفحص المجهري وهي تناقش بشكل شامل ف...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب يود أن ينوه سليمان س. جلين لتقديم العينة. وأيد هذا العمل "المؤسسة الوطنية للعلوم" (هيئة الهجرة واللاجئين-1452840).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
ليزر الصمام الثنائي للتجويف الخارجي قابل للضبطToptica PhotonicsDL-Pro
مقياس طياف التبريد ذو الدورة المغلقة مونتاناإنسترومنتس
، 750 مم البعد البؤريPrinceton InstrumentsSpectraPro 2750
جهاز مقترن بالشحن المبرد كهربائياحراريا Princeton InstrumentsPixis 100BR-eXcelon
HeNe laserJDSU1125P
كاميرا حساسة للأشعة تحت الحمراءSonyNEX-5TLIR تمت إزالة
مرشح حجب الطاقة وكاشفنيوبورت1918-C ، 918D-IR-OD3
مزايا الألياف شبه الكروية قابل للتعديلThorlabsCFC-8X-A
مزايا مزدوج متباعدة الهواءThorlabsF810APC-842
محمي مرايا فضية × 5حوامل ThorlabsPF10-03-P01
قابلة للطي × 2شبه كروي ThorlabsFM90
، f = 20 مم ؛ K1ThorlabsACL2520-B
أفضل شكل عدسة كروية ، f = 50 مم ؛ E2 ، L1 ، L2 ، K2ThorlabsLBF254-050-B
أفضل شكل عدسة كروية ، f = 100 مم ؛ E1 ، L4 ، K3 ، K4ThorlabsLBF254-100-B
أفضل شكل عدسة كروية ، f = 200 مم ؛ Lspec ، LcamThorlabsLBF254-200-B
عدسة بلانو محدبة ، f = 400 مم ؛ L3ThorlabsLA1172-B
عدسة شبه كروية زجاجية مصبوبة ، f = 8 مم ؛ EobjThorlabsC240TME-B
الدقة الكرة الأرضية ، f = 10 مم ؛ مرشحات LobjThorlabsAL1210-B
Longpass ، 800 نانومتر ، x2ThorlabsFEL0800
مكعب مقسم شعاع غير مستقطب (NPBS)ThorlabsBS029
مقسم شعاع PellicleThorlabsBP108
المستقطبThorlabsLPNIRE100-B
الصمام الثنائي الباعث للضوء ، 940 نانومترThorlabsM940D2
عدسة مكثف

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kuhlmann, A. V., et al. A dark-field microscope for background-free detection of resonance fluorescence from single semiconductor quantum dots operating in a set-and-forget mode. Rev. Sci. Instrum. 84 (7), 073905(2013).
  2. Vamivakas, N. A., Zhao, Y., Lu, C. -Y., Atatüre, M. Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence. Nat. Phys. 5 (3), 198-202 (2009).
  3. Vamivakas, A. N., et al. Observation of spin-dependent quantum jumps via quantum dot resonance fluorescence. Nature. 467 (7313), 297-300 (2010).
  4. Houel, J., et al. Probing Single-Charge Fluctuations at a GaAs/AlAs Interface Using Laser Spectroscopy on a Nearby InGaAs Quantum Dot. Phys. Rev. Lett. 108 (10), 107401(2012).
  5. Gao, W. B., Fallahi, P., Togan, E., Miguel-Sanchez, J., Imamoglu, A. Observation of entanglement between a quantum dot spin and a single photon. Nature. 491 (7424), 426-430 (2012).
  6. Muller, A., et al. Resonance Fluorescence from a Coherently Driven Semiconductor Quantum Dot in a Cavity. Phys. Rev. Lett. 99 (18), 187402(2007).
  7. Flagg, E. B., et al. Resonantly driven coherent oscillations in a solid-state quantum emitter. Nat. Phys. 5 (3), 203-207 (2009).
  8. Konthasinghe, K., et al. Coherent versus incoherent light scattering from a quantum dot. Phys. Rev. B. 85 (23), 235315(2012).
  9. Peiris, M., Konthasinghe, K., Yu, Y., Niu, Z. C., Muller, A. Bichromatic resonant light scattering from a quantum dot. Phys. Rev. B. 89 (15), 155305(2014).
  10. Chen, D., Lander, G. R., Krowpman, K. S., Solomon, G. S., Flagg, E. B. Characterization of the local charge environment of a single quantum dot via resonance fluorescence. Phys. Rev. B. 93 (11), 115307(2016).
  11. Chen, D., Lander, G. R., Solomon, G. S., Flagg, E. B. Polarization-Dependent Interference of Coherent Scattering from Orthogonal Dipole Moments of a Resonantly Excited Quantum Dot. Phys. Rev. Lett. 118 (3), 037401(2017).
  12. Ge, R. -C., et al. Mollow quintuplets from coherently excited quantum dots. Opt. Lett. 38 (10), 1691(2013).
  13. Proux, R., Maragkou, M., Baudin, E., Voisin, C., Roussignol, P., Diederichs, C. Measuring the Photon Coalescence Time Window in the Continuous-Wave Regime for Resonantly Driven Semiconductor Quantum Dots. Phys. Rev. Lett. 114 (6), 067401(2015).
  14. Robertson, J., et al. Polarization-resolved resonant fluorescence of a single semiconductor quantum dot. Appl. Phys. Lett. 101 (25), 251118(2012).
  15. De Greve, K., et al. Quantum-dot spin-photon entanglement via frequency downconversion to telecom wavelength. Nature. 491 (7424), 421-425 (2012).
  16. Schaibley, J. R., et al. Demonstration of Quantum Entanglement between a Single Electron Spin Confined to an InAs Quantum Dot and a Photon. Phys. Rev. Lett. 110 (16), 167401(2013).
  17. Gerardot, B. D., et al. Dressed excitonic states and quantum interference in a three-level quantum dot ladder system. New J. Phys. 11 (1), 013028(2009).
  18. Hargart, F., et al. Cavity-enhanced simultaneous dressing of quantum dot exciton and biexciton states. Phys. Rev. B. 93 (11), 115308(2016).
  19. Jundt, G., Robledo, L., Högele, A., Falt, S., Imamoglu, A. Observation of dressed excitonic states in a single quantum dot. Arxiv preprint cond-mat/0711.4205v1. , Available from: http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0711/0711.4205v1.pdf (2007).
  20. Kim, H., Shen, T. C., Roy-Choudhury, K., Solomon, G. S., Waks, E. Resonant Interactions between a Mollow Triplet Sideband and a Strongly Coupled Cavity. Phys. Rev. Lett. 113 (2), 027403(2014).
  21. Unsleber, S., et al. Observation of resonance fluorescence and the Mollow triplet from a coherently driven site-controlled quantum dot. Optica. 2 (12), 1072(2015).
  22. Xu, X., et al. Coherent Optical Spectroscopy of a Strongly Driven Quantum Dot. Science. 317 (5840), 929-932 (2007).
  23. Muller, A., Fang, W., Lawall, J., Solomon, G. S. Emission Spectrum of a Dressed Exciton-Biexciton Complex in a Semiconductor Quantum Dot. Phys. Rev. Lett. 101 (2), 027401(2008).
  24. Roy-Choudhury, K., Hughes, S. Quantum theory of the emission spectrum from quantum dots coupled to structured photonic reservoirs and acoustic phonons. Phys. Rev. B. 92 (20), 205406(2015).
  25. Ulhaq, A., Weiler, S., Ulrich, S. M., Roßbach, R., Jetter, M., Michler, P. Cascaded single-photon emission from the Mollow triplet sidebands of a quantum dot. Nat. Photonics. 6 (4), 238-242 (2012).
  26. Ulrich, S. M., et al. Dephasing of Triplet-Sideband Optical Emission of a Resonantly Driven InAs/GaAs Quantum Dot inside a Microcavity. Phys. Rev. Lett. 106 (24), 247402(2011).
  27. Atature, M., Dreiser, J., Badolato, A., Hogele, A., Karrai, K., Imamoglu, A. Quantum-dot spin-state preparation with near-unity fidelity. Science. 312 (5773), 551-553 (2006).
  28. Kroner, M., et al. Resonant two-color high-resolution spectroscopy of a negatively charged exciton in a self-assembled quantum dot. Phys. Rev. B. 78 (7), 075429(2008).
  29. Press, D., Ladd, T. D., Zhang, B., Yamamoto, Y. Complete quantum control of a single quantum dot spin using ultrafast optical pulses. Nature. 456 (7219), 218-221 (2008).
  30. Sun, S., Waks, E. Single-shot optical readout of a quantum bit using cavity quantum electrodynamics. Physical Review A. 94 (1), 012307(2016).
  31. Metcalfe, M., Solomon, G. S., Lawall, J. Heterodyne measurement of resonant elastic scattering from epitaxial quantum dots. Appl. Phys. Lett. 102 (23), 231114(2013).
  32. Nguyen, H. S., et al. Optically Gated Resonant Emission of Single Quantum Dots. Phys. Rev. Lett. 108 (5), 057401(2012).
  33. Benisty, H., De Neve, H., Weisbuch, C. Impact of planar microcavity effects on light extraction-Part I: basic concepts and analytical trends. IEEE J. Quantum Elect. 34 (9), 1612-1631 (1998).
  34. Köhler, A. Ein neues Beleuchtungsverfahren für mikrophotographische Zwecke. Zeitschrift für wissenschaftliche Mikroskopie und für Mikroskopische Technik. 10 (4), 433-440 (1893).
  35. Köhler, A. New method of illumination for photomicrographical purposes. Journal Royal Microscopical Society (Great Britain). 14, 261-262 (1894).
  36. He, Y. -M., et al. On-demand semiconductor single-photon source with near-unity indistinguishability. Nat. Nanotechnol. 8 (3), 213-217 (2013).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Cryostat

مقالات ذات صلة