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Engineering

ओर्थोगोनल उत्तेजना और डिटेक्शन का उपयोग करते हुए एक Planar गुहा में एक InGaAs क्वांटम डॉट के अनुनाद प्रतिदीप्ति

Published: October 13, 2017 doi: 10.3791/56435
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Physics and Astronomy, West Virginia University

Summary

एक स्वयं के गुंजयमान उत्तेजना-इकट्ठे क्वांटम डॉट प्रतिदीप्ति संग्रह मोड के लिए एक उत्तेजना मोड ओर्थोगोनल का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है । हम एक planar क्वांटम डॉट्स आसपास microcavity के waveguide और Fabry-टेकनॉलजी मोड का उपयोग कर विधि का प्रदर्शन । विधि का पता लगाने ध्रुवीकरण में पूरी स्वतंत्रता की अनुमति देता है ।

Abstract

एक साथ गुंजयमान उत्तेजना और प्रतिदीप्ति का पता लगाने के लिए प्रदर्शन करने की क्षमता क्वांटम डॉट्स (QDs) के क्वांटम ऑप्टिकल माप के लिए महत्वपूर्ण है । गुंजयमान उत्तेजना बिना प्रतिदीप्ति डिटेक्शन – उदाहरण के लिए, एक अंतर संचरण माप – उत्सर्जन प्रणाली के कुछ गुण निर्धारित कर सकते हैं, लेकिन आवेदन या माप उत्सर्जित फोटॉनों के आधार पर अनुमति नहीं है. उदाहरण के लिए, फोटॉन सहसंबंध की माप, Mollow triplet का अवलोकन, और एक फोटॉन स्रोतों की प्राप्ति सभी प्रतिदीप्ति का संग्रह की आवश्यकता होती है । प्रतिदीप्ति पता लगाने के साथ बेतुका उत्तेजना-उदाहरण के लिए, बैंड के ऊपर-गैप उत्तेजना-एकल फोटॉन स्रोतों बनाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन उत्तेजना के कारण पर्यावरण की अशांति फोटॉनों के अंतर को कम कर देता है । QDs के आधार पर एकल फोटॉन स्रोतों के लिए उच्च फोटॉन के लिए उत्साहित resonantly होना होगा, और फोटॉनों के एक साथ संग्रह के लिए उन का उपयोग करना आवश्यक हो जाएगा । हम resonantly को उत्तेजित करने के लिए एक विधि का प्रदर्शन एक एकल QD नमूना की सतह सामान्य दिशा के साथ प्रतिदीप्ति इकट्ठा करते समय नमूने के सट चेहरे से इस गुहा में उत्तेजना बीम युग्मन द्वारा एक planar गुहा में एंबेडेड । ध्यान से गुहा के waveguide मोड के लिए उत्तेजना बीम मिलान करके, उत्तेजना प्रकाश गुहा में जोड़े और QD के साथ बातचीत कर सकते हैं । बिखरे हुए फोटॉनों गुहा के Fabry-टेकनॉलजी मोड से जोड़ा जा सकता है और सतह सामांय दिशा में भागने । इस विधि का पता लगाने ध्रुवीकरण में पूर्ण स्वतंत्रता की अनुमति देता है, लेकिन उत्तेजना ध्रुवीकरण उत्तेजना बीम के प्रचार दिशा द्वारा प्रतिबंधित है । गीला परत से प्रतिदीप्ति उत्तेजना बीम के संबंध में संग्रह पथ संरेखित करने के लिए एक गाइड प्रदान करता है । उत्तेजना और खोज मोड के orthogonality नगण्य लेजर छितराई पृष्ठभूमि के साथ एक एकल QD के गुंजयमान उत्तेजना सक्षम बनाता है ।

Introduction

गुंजयमान एक एकल क्वांटम प्रतिदीप्ति डिटेक्शन के साथ संयुक्त उत्सर्जक के उत्तेजना एक दीर्घकालिक प्रयोगात्मक चुनौती मुख्य रूप से करने के लिए अक्षमता के कारण था वर्णक्रमीय मजबूत उत्तेजना तितर बितर से कमजोर प्रतिदीप्ति भेदभाव । यह कठिनाई, तथापि, सफलतापूर्वक दो अलग दृष्टिकोण से पिछले दशक में काबू पा लिया गया है: डार्क फील्ड फोकल उत्तेजना ध्रुवीकरण भेदभाव के आधार पर1,2,3,4 ,5, और ओर्थोगोनल उत्तेजना-पहचान स्थानिक मोड भेदभाव के आधार पर6,7,8,9,10,11, 12,13,14. दोनों दृष्टिकोण एक मजबूत करने के लिए काफी लेजर कैटरिंग को दबाने और इस प्रकार व्यापक रूप से विभिंन प्रयोगों में अपनाया जाता है, उदाहरण के लिए, स्पिन के अवलोकन-फोटॉन उलझाव5,15प्रदर्शन की क्षमता प्रदर्शित करता है, 16, सजे राज्यों के प्रदर्शन2,7,12,17,18,19,20,21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26, और परकोटे के सुसंगत हेरफेर spins3,27,28,29,30। न तो दृष्टिकोण को हर स्थिति पर सार्वभौमिक रूप से लागू किया जा सकता है; प्रत्येक कुछ विशिष्ट स्थितियों तक सीमित है । अंधेरे क्षेत्र तकनीक फोटॉनों की स्वतंत्रता के ध्रुवीकरण की डिग्री का इस्तेमाल उत्तेजना लेजर कैटरिंग को दबाने के लिए । इस तकनीक के कई फायदे हैं. उदाहरण के लिए, एक अच्छी तरह से परिभाषित waveguide मोड के लिए कोई आवश्यकता नहीं है, जो केवल-फोकल कार्यांवयन को सक्षम करता है । फोकल कार्यांवयन के लिए अनुमति देता है परिपत्र ध्रुवीकरण उत्तेजना और संभवतः उत्तेजना बीम की क्वांटम उत्सर्जक पर ध्यान चुस्त, उच्च उत्तेजना तीव्रता में जिसके परिणामस्वरूप । हालांकि, इस ध्रुवीकरण-चुनिंदा विधि उत्तेजना ध्रुवीकरण के लिए ओर्थोगोनल होने का पता लगाने ध्रुवीकरण को प्रतिबंधित करता है, और इस तरह प्रतिदीप्ति के ध्रुवीकरण के गुणों का एक पूरा लक्षण वर्णन रोकता है । इसकी तुलना में, स्थानिक मोड भेदभाव उत्तेजना और पता लगाने के प्रसार मोड के बीच orthogonality का उपयोग करके पता लगाने ध्रुवीकरण की पूरी स्वतंत्रता को बरकरार रखता है लेजर कैटरिंग4दबाने मुस्कराते हुए । इस तकनीक की कमी का पता लगाने मोड के लिए एक उत्तेजना मोड ओर्थोगोनल प्रदान करने के लिए नमूना में एक waveguide संरचना की आवश्यकता है, और उत्तेजना ध्रुवीकरण के प्रतिबंध को सीधा करने के लिए बीम के प्रचार दिशा .

यहां, हम अनुनाद प्रतिदीप्ति प्रयोगों के लिए एक मुक्त अंतरिक्ष आधारित ओर्थोगोनल उत्तेजना-डिटेक्शन सेटअप के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदर्शित करता है । स्थानिक मोड भेदभाव पर अग्रणी काम की तुलना में जहां एक ऑप्टिकल फाइबर गुहा में जोड़ा प्रकाश के लिए इस्तेमाल किया गया था6, इस प्रोटोकॉल मुक्त अंतरिक्ष में एक समाधान प्रदान करता है, और काइनेटिक घटकों की आवश्यकता नहीं है या तो नमूना या माउंट cryostat में फाइबर । उत्तेजना बीम के निर्देशों का ठीक नियंत्रण और पता लगाने के रास्ते cryostat के लिए बाहरी प्रकाशिकी द्वारा हेरफेर कर रहे हैं, जबकि ऐनक स्वेटर लेंस cryostat के शीत क्षेत्र के अंदर ध्यान केंद्रित उद्देश्यों के रूप में कार्य करते हैं । हम गुंजयमान उत्तेजना प्राप्त करने और एक एकल क्वांटम डॉट से प्रतिदीप्ति का पता लगाने की प्रक्रिया में प्रमुख संरेखण चरणों की प्रतिनिधि छवियां प्रदान करते हैं ।

इस प्रदर्शन के लिए इस्तेमाल किया नमूना आणविक बीम epitaxy (MBE) द्वारा उगाया जाता है । InGaAs क्वांटम डॉट्स (QDs) एक GaAs स्पेसर है कि दो वितरित डींग मारने वाले रिफ्लेक्टर (DBRs), के रूप में जूम में दिखाया गया है में एंबेडेड है चित्रा 1में नमूना के दृश्य में । DBRs के बीच GaAs स्पेसर एक waveguide के रूप में कार्य करता है, जहां उत्तेजना बीम कुल आंतरिक प्रतिबिंब द्वारा सीमित है । DBRs भी उच्च भावना के रूप में कार्य wavevectors है कि लगभग नमूना विमान के लिए सामांय है के लिए दर्पण । यह एक Fabry-टेकनॉलजी मोड जो QDs जब प्रतिदीप्ति उत्सर्जक जोड़े रूपों । Fabry-टेकनॉलजी मोड QDs के उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य λ के साथ गुंजयमान किया जाना चाहिए, जो GaAs स्पेसर λ के अपवर्तन का सूचकांक है, जहां n का एक पूर्णांक एकाधिक होने की आवश्यकता है GaAs/ इस प्रदर्शन के लिए, GaAs स्पेसर की मोटाई को 4λ/n, जो लगभग 1 µm है चुना जाता है, ताकि घटना उत्तेजना बीम के विवर्तन सीमित स्थान आकार के पास हो । एक संकरा स्पेसर waveguide मोड में उत्तेजना बीम के एक कम युग्मन दक्षता में परिणाम होगा ।

प्रायोगिक सेटअप चित्रा 1में दिखाया गया है । युग्मन क्षमता को अधिकतम करने के लिए, एक ऐनक एकल लेंस उद्देश्य संख्यात्मक एपर्चर NA = 0.5 और 8 मिमी के फोकल लंबाई के साथ ईobj नमूना के सट चेहरे पर उत्तेजना बीम ध्यान केंद्रित करने के लिए चुना जाता है । Keplerian दूरबीन के समारोह उत्तेजना पथ में (लेंस जोड़ी E1 और E2 से बना) दो गुना है: (1) उत्तेजना उद्देश्य ईobj के एपर्चर को भरने के लिए तो उत्तेजना बीम कसकर बेहतर मोड के लिए ध्यान केंद्रित है-waveguide करने के लिए मिलान (में यह बोध collimated बीम व्यास २.५ मिमी है), और (2) स्वतंत्रता के तीन डिग्री प्रदान करने के लिए नमूने के सट चेहरे पर उत्तेजना बीम के फोकल प्वाइंट पैंतरेबाज़ी । लेंस E1 एक X-Y शोधों माउंट पर माउंटेड है जो उत्तेजना स्पॉट को स्वतंत्र रूप से सट नमूना चेहरे के विमान में शिफ्ट करने के लिए स्वतंत्रता के दो अंश प्रदान करता है । लेंस E2 के नमूने में फोकल प्वाइंट की गहराई का चयन करने के लिए स्वतंत्रता प्रदान करता है जो एक गैर घूर्णन ज़ूम आवास पर मुहिम शुरू की है । स्वतंत्रता के इन तीन डिग्री हमें नमूना ही आंदोलन की आवश्यकता के बिना एक एकल QD के गुंजयमान उत्तेजना अनुकूलित करने के लिए अनुमति देते हैं ।

प्रतिदीप्ति संग्रह पथ में, एक समान लेंस विन्यास (एलobj, L1, और L2) नमूना के विभिन्न भागों से प्रतिदीप्ति का पता लगाने की अनुमति देने के लिए प्रयोग किया जाता है. नमूने से प्रकाश या तो एक IR के प्रति संवेदनशील कैमरा (एलसांचा) या स्पेक्ट्रोमीटर के प्रवेश भट्ठा (एलयुक्ति) पर दो ट्यूब लेंस में से एक द्वारा केंद्रित है । z-अक्ष के साथ L1 की गति छवि का ध्यान समायोजित कर देता है, और पार्श्व अनुवाद L2 के नमूने के विमान में स्कैन करने के लिए छवि का कारण बनता है । L1 और L2 के फोकल लंबाई बराबर है तो उनकी बढ़ती एकता है । इस रेंज L2 विगनेटिंग होता है पहले अनुवाद किया जा सकता को अधिकतम करने के लिए किया जाता है ।

एक QD के संरेखण और स्थान की सुविधा के लिए, एक घर में कोल दीप्ति पर आधारित प्रकाशक सेटअप में शामिल किया गया है, के रूप में चित्रा 1में दिखाया गया है । कोल दीप्ति का उद्देश्य नमूना के लिए वर्दी रोशनी प्रदान करने और यह सुनिश्चित करने के लिए है कि एक मैंदीप्ति प्रकाश स्रोत का दाना नमूना छवि में दिखाई नहीं देता है । दोनों प्रकाशक और संग्रह पथ के लेंस विंयास ध्यान से नमूना और प्रकाश स्रोत के संयुग्म छवि विमानों को अलग करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं । संग्रह पथ में हर लेंस अपने पड़ोसियों से उनके फोकल लंबाई का योग द्वारा अलग है । यह सुनिश्चित करता है कि जहां भी नमूना छवि ध्यान में है-जैसे कैमरे के संवेदक पर-प्रकाश स्रोत छवि पूरी तरह से ध्यान केंद्रित है । इसी तरह, जहां प्रकाश स्रोत छवि ध्यान में है-इस तरह के उद्देश्य के वापस फोकल विमान में के रूप में-नमूना छवि पूरी तरह से ध्यान केंद्रित है । प्रकाश स्रोत एक वाणिज्यिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) ९४० एनएम पर उत्सर्जक है । एपर्चर डायाफ्राम रोशनी की तीव्रता का समायोजन सक्षम बनाता है, और क्षेत्र डायाफ्राम को देखने के क्षेत्र को निर्धारित करता है प्रबुद्ध । वर्दी रोशनी को साकार करने के लिए चाबियां लेंस K4 और L2 के बीच की दूरी तय करने के लिए दो लेंस के फोकल लंबाई की राशि हो रहे हैं, और यह सुनिश्चित करना है कि एलobj के एपर्चर रोशनी से भरा नहीं है । इस प्रोटोकॉल में, रोशनी भी एलobj और नमूना के बीच की दूरी को अनुकूलित करने के लिए प्रयोग किया जाता है ।

उद्देश्य Lobj और या तो ट्यूब लेंस कैमरा या स्पेक्ट्रोमीटर पर 20x का इज़ाफ़ा प्रदान करता है । लेंस जोड़ी L3 और एलobj और एलकल्पना रूपों के बीच L4 एक और Keplerian दूरबीन है कि आरोप-युग्मित डिवाइस (स्पेक्ट्रोमीटर के सीसीडी) पर छवि को एक अतिरिक्त 4x इज़ाफ़ा प्रदान करता है । लेंस के अलावा l3 और L4 80x है, जो विशेष रूप से पास QDs. L3 और L4 से प्रतिदीप्ति भेद करने के लिए आवश्यक है की कुल आवर्धन में परिणाम है, क्योंकि 20x आवर्धन आवर्धन के स्विचन की सुविधा के लिए माउंट flipping पर बढ़ रहे है नमूना पर दृश्य का एक बड़ा क्षेत्र प्रदान करता है ।

waveguide के माध्यम से उत्तेजना बीम के पथ के साथ संग्रह पथ के दृश्य के क्षेत्र को ओवरलैप करने के लिए, क्वांटम डॉट गीला परत के सातत्य से उत्सर्जन में सहायक है । एक के ऊपर बैंड-गैप उत्तेजना के तहत नमूना के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को मापने के द्वारा गीला परत के उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य का निर्धारण कर सकते हैं । हमारे नमूने के लिए, गीला परत उत्सर्जन ४.२ K पर लगभग ८८० एनएम में होता है । नमूना के waveguide में ८८० एनएम पर एक cw लेजर बीम युग्मन द्वारा, एक एक लकीर गीला परत है, जो साथ वीडियो में दिखाया गया है से PL द्वारा गठित पैटर्न का पालन कर सकते हैं । लकीर उत्तेजना प्रकाश है कि waveguide में युग्मित किया गया है के प्रचार मार्ग का पता चलता है । इस लकीर के नमूने की सतह छवि की क्षमता के साथ संयुक्त की उपस्थिति सीधा संरेखण बनाता है ।

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Protocol

< p class = "jove_content" > सावधानी: कृपया संरेखण के दौरान लेजर कैटरिंग के संभावित खतरों के बारे में पता हो । सुरक्षा के लिए उचित सुरक्षा चश्मे पहनें । संरेखण प्रक्रिया की सुविधा के लिए, एक अवरक्त दर्शक (ir-दर्शक) आवश्यक है । एक IR के प्रति संवेदनशील फ्लोरोसेंट कार्ड भी उपयोगी है, लेकिन आवश्यक नहीं है ।

< p class = "jove_title" > 1. नमूना तैयारी

  1. के वांछित स्थान पर नमूने के ऊपरी सतह के किनारे पर एक miniscule खरोंच बनाने के लिए एक हीरे मुंशी का उपयोग करें । खरोंच के दोनों किनारों पर नमूना पकड़ करने के लिए फ्लैट समाप्त चिमटी के दो जोड़े का उपयोग करें । चिमटी के साथ एक जावक-घूर्णन टोक़ लागू करें और नमूना सट जाएगा.
    नोट: एक लंबी खरोंच के लिए सट को बढ़ावा देने के अनावश्यक है, और यह संभावना waveguide परत के माध्यम से कटौती करेगा प्रकाश युग्मन असंभव बना । इस सट चेहरा काफी नाजुक है कि इसकी सतह पर किसी भी स्पर्श waveguide चेहरे को नुकसान हो सकता है ।
  2. थर्मल प्रवाहकीय चांदी के रंग या चांदी epoxy का उपयोग कर एक तांबे का नमूना प्लेट पर सट नमूना टुकड़ा देते हैं ।
    नोट: सट फेस को बढ़ते प्लेट के किनारे से फ्लश करना चाहिए ताकि उत्तेजना लेजर बिना किसी व्यवधान के नमूना चेहरा हिट हो जाए ।
  3. माउंट तांबे की प्लेट को cryostat में इतना है कि दोनों के सट चेहरे और नमूना सतह ऑप्टिकली cryostat खिड़कियों के माध्यम से सुलभ हैं ।
< p class = "jove_title" > 2. गुंजयमान उत्तेजना पथ के संरेखण

< p वर्ग = "jove_content" > नोट: waveguide में युग्मन दक्षता को अधिकतम करने के लिए, घटना उत्तेजना बीम के प्रोफ़ाइल के साथ मिलान किया जा करने के लिए है कि एक काल्पनिक पीछे से बाहर निकलने किरण का प्रचार waveguide.

  1. उत्तेजना लेजर बीम के मोटे संरेखण नमूना के सट चेहरे को.
    1. ऑप्टिकल फाइबर युग्मक FC0 और दर्पण एम0 की स्वतंत्रता की डिग्री का उपयोग करने के लिए उत्तेजना लेंस स्थापित करने से पहले नमूने के सट चेहरे पर उत्तेजना बीम प्रत्यक्ष ।
    2. स्तर उत्तेजना बीम दोनों ऑप्टिकल मेज के संबंध में और नमूना के विमान के संबंध में क्षैतिज रूप से ।
  2. स्थापना करण्याचा उत्तेजना उद्देश & #160; E obj
    1. एक शोधों माउंट में ऐनक लेंस E obj को शोधों की स्वतंत्रता के तीन अंशों के साथ रखा है । केंद्र ई obj लेजर पर और निर्धारित ऊंचाई & #160; ई obj के नमूने के केंद्र के समान हो ।
    2. उत्तेजना पथ के साथ नमूना के पीछे एक सफेद कागज स्क्रीन सेट । नमूना द्वारा पारित लेजर प्रकाश के कारण कागज पर एक उज्ज्वल स्थान का पालन करने के लिए एक IR-दर्शक का प्रयोग करें ।
    3. Slide & #160; ई obj नमूने की ओर धीरे से जब तक नमूना की एक स्पष्ट सिल्हूट छवि कागज पर देखा जा सकता है । & #160 की ऊँचाई और पार्श्व स्थिति समायोजित करें; ई obj उज्ज्वल स्थान के बीच में सिल्हूट केंद्र के लिए ।
    4. धीरे नमूना की ओर ई obj फिसलने रखने के लिए, और स्क्रीन पर सिल्हूट छवि एक इज़ाफ़ा अनुभव करता है । इस बीच, ई obj की पार्श्व स्थिति समायोजित करें (बाएं/सिल्हूट छवि के क्षैतिज स्थानांतरण क्षतिपूर्ति करने के लिए) ।
      नोट: ई obj के नमूने के लिए धीमी गति से आंदोलन के दौरान, विवर्तन किनारे कुछ बिंदु पर प्रदर्शित करने के लिए शुरू कर देंगे । यह नमूना की सतह परत पर केंद्रित जगह डाल करने के लिए एक नया संदर्भ प्रदान करता है.
    5. फिसलने & #160; ई obj की ओर धीरे से नमूना । e obj के प्रत्येक स्थान पर, shift e obj बाएं/दाएं किनारे रिक्ति को बढ़ाएं जब तक कि स्क्रीन पर किनारे देखने के लिए केवल एक किनारे दिखाई न दे ।
      नोट: फ्रिंज के दो समूहों, एक को छोड़ दिया और एक नमूना सतह के दाईं ओर होगा ।
    6. लगाउन स्लाइड E obj Eobj एक स्थिति है जो दिखाई फ्रिंज की संख्या को कम करता है ।
  3. संरेखण के दूरबीन लेंस e1 और e2
    1. सम्मिलित करें लेंस e1 और e2 लेजर बीम पर केंद्रित उत्तेजना पथ में । स्थिति E2 से अलग & #160; E obj उनके फोकल लंबाई के योग द्वारा । E1 और E2 के बीच पृथक्करण को उनके फोकल लंबाई का योग बनने के लिए सेट करें, उदा. , f 1 + f 2 = १५० mm. & #160;
    2. एक IR-दर्शक के साथ कागज पर सिल्हूट और विवर्तन पैटर्न का निरीक्षण । E1 की ऊंचाई को समायोजित करने के लिए उज्ज्वल लेजर रोशनी स्थान के केंद्र में सिल्हूट केंद्र ।
      3. e1 की पार्श्व स्थिति का समायोजन करते समय e1 से
    3. स्लाइड E2 की ओर या दूर । इस स्थिति में E1 और E2 को सुरक्षित करें, जो दोनों फ्रिंज समूह या तो अदृश्य हो जाते है या दृश्य में ंयूनतम संख्या में हाशिए दिखाते हैं । & #160;
    4. E1 से पहले अनुलंब रूप से उंमुख ध्रुवर पोल डालें, और इसे उत्तेजना बीम पर केंद्र करे । & #160;
      नोट: कुछ ध्रुवीकरण एक थोड़ा कील कोण, जो मामले में उत्तेजना बीम एक कोणीय विचलन का अनुभव होगा । इस विचलन की क्षतिपूर्ति के लिए E1 और E2 का उपयोग करें.
< p class = "jove_title" > 3. Photoluminescence संग्रह पथ का संरेखण

< p class = "jove_content" > नोट: इमेजिंग सिस्टम का प्रदर्शन संग्रह पथ में निर्मित ज्यादातर अपनी छोटी फोकल लंबाई की वजह से एल obj की स्थिति की परिशुद्धता द्वारा निर्धारित है ( च obj = 10 मिमी, NA = 0.55). दो सामांय कदम एल obj के संरेखण में शामिल हैं: एक HeNe लेजर का उपयोग करके मोटे संरेखण, और ठीक tweaking प्रकाशक और exciton के थोक GaAs उत्सर्जन का उपयोग करके । ये संरेखण चरण कमरे के तापमान पर नमूना के साथ किया जाता है ।

  1. संरेखण इसके बाद के संस्करण बैंड-गैप (HeNe) उत्तेजना पथ और कैमरे की स्थापना:
    1. युगल एक एकल मोड फाइबर में एक ऊपर बैंड-गैप लेजर बीम (HeNe) ।
    2. एक दर्पण एम 3 के माध्यम से नमूना पर फाइबर संधानक FC1 से उत्पादन बीम प्रत्यक्ष ।
    3. झुकाव FC1 क्षैतिज नमूना के बारे में 1 mm से दूर सट एज पर लेजर स्पॉट केंद्र के लिए । बस के ऊपर या घटना बीम के नीचे होने के लिए लेजर बीम के पीछे प्रतिबिंब शिफ्ट करने के लिए क्षैतिज एम 3 झुकाव । दोनों मापदंडों को पूरा करने तक कई बार इस प्रक्रिया को दोहराएँ ।
    4. झुकाव FC1 और एम 3 खड़ी करने के लिए ऑप्टिकल टेबल के संबंध में HeNe बीम स्तर और यह नमूना पर निर्देश रखने के लिए ।
    5. नमूना पर गुंजयमान लेजर और HeNe लेजर स्पॉट का पता लगाने के लिए IR दर्शक का उपयोग करें । जांच करें कि HeNe लेजर स्पॉट के केंद्र गुंजयमान लेजर स्थान के रूप में एक ही ऊंचाई पर है । यदि नहीं, तो FC1 और एम 3 का उपयोग करने के लिए बीम ऊंचाइयों मैच जबकि मेज के साथ HeNe बीम स्तर रखते हुए ।
    6. डालने के गैर ध्रुवीकरण बीम अलगानेवाला घन (90:10), NPBS, HeNe पथ में । हादसे में क्यूब को केंद्र HeNe बीम.
    7. संग्रह पथ के लिए बीम अलगानेवाला आउटपुट पर दो बीम का पता लगाने, नमूना से प्रतिबिंब से एक, और घन के भीतर आंतरिक प्रतिबिंब से एक ।
    8. एक छोटे से कोण से घन घुमाएं (~ 5 डिग्री) इस तरह कि दो मुस्कराते हुए आसानी से बाहर निकलें पर अलग किया जा सकता है । नमूना सतह से प्रतिबिंबित प्रकाश कैमरा संरेखित करने के लिए एक क्रूड गाइड के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है ।
      नोट: जब घन अनुलंब अक्ष के बारे में घुमाया जाता है, तो आंतरिक रूप से प्रतिबिंबित बीम की दिशा परिवर्तित नहीं होगी ।
    9. स्तर ऑप्टिकल टैब के संबंध में घनle घन के अंदर आंतरिक प्रतिबिंब करने के लिए इसी HeNe बीम यह सुनिश्चित करके आने वाली बीम के रूप में एक ही ऊंचाई पर है ।
    10. वापस परावर्तित HeNe बीम के रास्ते में एक IR-संवेदनशील कैमरा डाल दिया । कैमरा पर नमूना छवि ध्यान केंद्रित करने के लिए २०० mm की एक फोकल लंबाई के साथ एक ट्यूब लेंस एल सांचा का प्रयोग करें.
      नोट: एक घर में निर्मित ट्यूब सिस्टम के लेंस को हाउस करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है L cam , जैसा कि < मज़बूत class = "xfig" > फिगर 1 में दिखाया गया है, जो आवारा कमरे के प्रकाश को कैमरे से पता होने से रोकता है.
    11. सेट अप एक ८०० एनएम लंबे समय से गुजारें फिल्टर, F1, एल कैम के सामने HeNe प्रकाश है, जो कैमरे के साथ नमूना से PL के अवलोकन की अनुमति देता है बाहर फिल्टर करने के लिए ।
  2. लेंस की स्थिति की स्थापना और अनुकूलन l obj
    1. ऐनक लेंस & #160; l obj एक शोधों माउंट में तीन डिग्री के साथ शोधों की आजादी । Center & #160; L obj HeNe लेजर पर और नमूने से अलग सेट करने के लिए फोकल लंबाई हो, एफ obj = 10 मिमी.
    2. सेट अप लेंस जोड़ी L1 और L2 (f 1 = f 2 = ५० mm) एक X-Y शोधों माउंट का उपयोग कर जहां एक तरफ तय हो गया है और दूसरी तरफ micrometers द्वारा नियंत्रित पार्श्व विमान में चल रहा है ।
      नोट: लेंस L2 माउंट के जंगम पक्ष में चला जाता है । L1 एक लेंस ट्यूब द्वारा आयोजित किया जाता है और माउंट के निश्चित पक्ष से जुड़ा हुआ है । ट्यूब प्रणाली के लिए/बाहर लेंस ट्यूब ऑप्टिकल धुरी के साथ L1 पकड़ में पंगा लेना द्वारा दो लेंस के बीच की दूरी को समायोजित करने की स्वतंत्रता प्रदान करता है ।
    3. दो लेंस के बीच की दूरी निर्धारित करने के लिए १०० mm । micrometers का समायोजन करके माउंट के केंद्र पर L2 सेट करें ।
    4. डालें L1 और L2 लेंस combo NPBS और cryostat के बीच HeNe पथ में । L1 और L के बीच की दूरी तय obj च obj + च 1 . घटना पर केंद्र L1 और L2 HeNe लाइट.
    5. प्रकाशक और झिल्ली संग्रह पथ में दिखाए गए के रूप में < सशक्त वर्ग = "xfig" > आरेख 1 में सम्मिलित करें । लेंस K4 और L2 के बीच की दूरी निर्धारित करने के लिए उनके फोकल लंबाई की राशि हो ।
    6. केंद्र प्रकाशक के कोण को समायोजित करके L2 पर दीप्ति बीम ।
    7. झिल्ली के कोण को समायोजित करने के लिए वापस प्रकाश प्रतिबिंबित रोशनी HeNe उत्तेजना.
      की वजह से पी एल स्थान को कैमरा छवि में दिखाई लाइट । नोट: संरेखण के प्रयोजन के लिए, एक क्षेत्र डायाफ्राम बंद प्रबुद्ध क्षेत्र के केंद्र का पता लगाने के लिए कर सकते हैं ।
    8. केवल प्रकाशक प्रकाश का उपयोग कर, कैमरे को देखकर नमूना पर एक सतह दोष या धूल मिल. बाद में L2 हिल द्वारा की जरूरत के रूप में नमूने के अंय भागों में खोजें ।
    9. थोड़ा नल L obj में/बाहर ऑप्टिकल धुरी के साथ दोष या धूल तेज की बढ़त बनाने के लिए ।
    10. शिफ्ट माउंट के केंद्र में वापस L2 ।
    11. कैमरे पर HeNe-उत्तेजित पीएल स्पॉट को देखें और ले जाएं L obj को क्षैतिज रूप से इतना कि पीएल स्पॉट सैंपल के सट एज से 1-2 एमएम है ।
      नोट: एक दूरी से कम 1 मिमी के लिए, लेजर नमूने के सट एज से कैटरिंग उद्देश्य द्वारा एकत्र किया जाएगा L obj . जबकि एक दूरी के लिए बहुत दूर से सट चेहरे, उत्तेजना बीम QD तक पहुंचने से पहले क्षीणन का अनुभव कर सकते हैं, जो अधिकतम उत्तेजना शक्ति उपलब्ध कम कर देता है ।
    12. के नमूने के सट एज तक क्षैतिज रूप से खिसकाना रोशन के तहत कैमरे पर दिखाया गया है ।
    13. धीरे से shift L obj वर्टिकली सैंपल के सट एज पर एक ब्राइट लेजर स्पॉट की तलाश में है, जो गुंजयमान उत्तेजना बीम के स्कैटरिंग सैंपल के सट फेस के कारण होता है.
    14. स्तर के पीएल स्पॉट HeNe उत्तेजना द्वारा नमूने के सट एज पर ब्राइट लेजर स्पॉट की वजह से.
  3. के नए स्थान के संबंध में HeNe उत्तेजना पथ का पुनर्संरेखण L obj .
    नोट: स्कैन क्षेत्र को अधिकतम करने के लिए और विगनेटिंग को कम करने के लिए, यह उत्तेजना प्रकाशिकी और एल obj के स्थान के संबंध में उत्तेजना बीम फिर से केंद्र के लिए आवश्यक है.
    1. निकालें L1 और L2 । केंद्र उत्तेजना बीम पर & #160; L obj जबकि बीम सुनिश्चित करने के नमूने की सतह सामांय दिशा में है ।
    2. माउंट पर केंद्र L2 । घटना उत्तेजना बीम पर दोनों L1 और L2 केंद्र । L1 और & #160 के बीच की दूरी निर्धारित करें; L obj के योग बनने के दो फोकल लंबाई, यानी , च 1 + च obj .
    3. reवरून L केम ऐसा कि यह परावर्तित HeNe बीम पर केंद्रित हो । कैमरे की स्थिति ऐसी है कि HeNe उत्साहित PL (एक लंबी पास फिल्टर का उपयोग करें) छवि पर केंद्रित है ।
    4. और झिल्ली के कोण को समायोजित करने के लिए L2 पर रोशनी प्रकाश केंद्र और PL HeNe उत्तेजना.
      5. की वजह से जगह पर
  4. के संरेखण के दर्पण M1 और M2.
    नोट: एक लेजर स्पेक्ट्रोमीटर के माध्यम से पिछड़ों का निर्देशन संरेखण की सुविधा होगी ।
    1. कैमरे में नमूने से HeNe उत्साहित PL मॉनिटर । झिल्ली और M1 के बीच PL.
      2. पर एक आईरिस (आइरिस ए) केंद्र
    2. केंद्र लेंस L कल्पना पर रिवर्स बीम और जगह यह एक फोकल लंबाई एफ कल्पना दूर स्पेक्ट्रोमीटर.
      3. के द्वार भट्ठा से
    3. दो दर्पण, एम 1 और M2 के बंद को प्रतिबिंबित करके नमूने के लिए स्पेक्ट्रोमीटर से रिवर्स बीम भेजें.
    4. M2 और L कल्पना और केंद्र के बीच एक और आईरिस (आइरिस बी) सेट अप रिवर्स बीम पर ।
    5. बिजनस M2 के आइरिस ए पर रिवर्स बीम को सेंटर करने के लिए बिजनस एम1 बी एल पी पर केंद्र के लिए यह प्रक्रिया कई बार दोहराएं जब तक कि दोनों मापदंड संतुष्ट न हों ।
    6. कक्ष प्रकाश के शूंय-क्रम विवर्तन का निरीक्षण करके सीसीडी पर स्पेक्ट्रोमीटर की प्रवेश भट्ठी (30 & #956; m चौड़ाई) के केंद्र का पता लगाएँ ।
    7. स्पेक्ट्रोमीटर के द्वार भट्ठा खोलो । एक ८०० एनएम लंबे पास फिल्टर का उपयोग करके, HeNe उत्तेजना के तहत नमूने से PL सीसीडी पर देखा जा सकता है ।
    8. टी० M1 स्पेक्ट्रोमीटर के प्रवेश द्वार भट्ठा पर और सीसीडी के मध्य ऊंचाई पर केंद्र के लिए, और M2 के आईरिस ए पर रिवर्स बीम केंद्र को चलाने के लिए इस प्रक्रिया को कई बार दोहराने जब तक दोनों मानदंडों को पूरा कर रहे हैं ।
      9. लेंस पेयर L3 और L4 के
    9. संरेखण: एक स्थान है कि एफ 2 + f 3 से दूर है पर PL संग्रह पथ में स्थिति L3 लेंस L2 । L4 को उनके फोकल लंबाई के योग से L3 से अलग संग्रह पथ में रखें, f 3 + f 4 । L4 के पार्श्व स्थिति को समायोजित सीसीडी पर PL स्पॉट केंद्र के लिए ।
< p class = "jove_title" > 4. गुंजयमान उत्तेजना पथ के संबंध में PL संग्रह पथ के ओवरलैप

  1. नीचे ठंडा करने के लिए नमूना ४.२ K. इसके बाद के संस्करण बैंड उत्तेजना के साथ, स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करने के लिए गीला परत के उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य तुच्छ (आम तौर पर लगभग ८८० एनएम) ।
  2. सेट अप एक ८०० एनएम लंबे पास एल कैम के सामने फिल्टर F1 HeNe प्रकाश ब्लॉक करने के लिए । रोशन प्रकाश की मदद के साथ, कैमरे पर नमूना के सट किनारे का पता लगाने के लिए क्षैतिज shift.
  3. सेट साइड उत्तेजना तरंग दैर्ध्य गीला परत के साथ गुंजयमान किया जा करने के लिए । कैमरे पर नमूने के सट एज पर चमकीले कैटरिंग स्पॉट का पता लगाएं ।
  4. पुण्यतिथि a & #34; लकीर पैटर्न & #34; E1 के पार्श्व स्थान को एडजस्ट कर कैमरे पर photoluminescence की । बाद में E1 को स्थानांतरित करके लकीर की तीव्रता को अधिकतम करें ।
    नोट: द & #34; लकीर & #34; गीला परत उत्सर्जन है, जिसका अर्थ है कि उत्तेजना बीम नमूने के waveguide में युग्मित है ।
  5. HeNe उत्तेजना.
    6. के कारण PL स्थान के साथ ओवरलैप करने के लिए लकीर स्थानांतरित करने के लिए खड़ी E1 समायोजित करें
  6. गीला परत पी एल की तीव्रता रिकॉर्ड । E2 को एक दिशा में समायोजित करें, फिर E1 की स्थिति का पुन: अनुकूलन करे; फिर से PL की तीव्रता को रिकॉर्ड करें और पहले के मान से तुलना करे ।
  7. यदि तीव्रता बढ़ गई है, उसी दिशा में E2 के समायोजन को दोहराएँ. यदि तीव्रता में कमी आई है, तो E2 के समायोजन को रिवर्स करें । E1 और E2, दोनों के लिए इष्टतम स्थान ढूँढने के लिए इस कार्यविधि को दोहराएँ.
< p class = "jove_title" > 5. गुंजयमान उत्तेजना एक भी क्वांटम डॉट

< p class = "jove_content"> नोट: एक एकल QD के गुंजयमान उत्तेजना का एहसास करने के लिए दो संभव दृष्टिकोण हैं: (1) एक विशिष्ट QD अनुनाद मैच के लिए लेजर के उत्तेजना आवृत्ति धुन; या (2) एक एकल QD से प्रतिध्वनि प्रतिदीप्ति जब तक QD पहनावा की गूंज ऊर्जा भर में लेजर आवृत्ति स्कैन मनाया जाता है ।

  1. Method (1)-लक्षित उत्तेजना:
    1. सेट स्पेक्ट्रोमीटर ऊपर बैंड-गैप विवर्तन के तहत QD पहनावा के उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के केंद्र में पहली आदेश उत्तेजना पर नजर रखने के लिए । स्पेक्ट्रोमीटर.
      2. के द्वार भट्ठा खोलो
    2. ऊपर बैंड उत्तेजना की शक्ति को समायोजित जब तक एक चमक पृष्ठभूमि गीला परत राज्यों के सातत्य पूंछ के उत्तेजना के कारण प्रकट होता है । प्रवेश द्वार बंद कर 30 & #956; m.
    3. Shift L2 बाद में एक उपयुक्त QD खोजने के लिए-उदाहरण के लिए, देखने में प्रतिभाशाली एक । QD & #160 के तरंग दैर्ध्य रर; & #955; QD के रूप में मापा स्पेक्ट्रोमीटर.
    4. की धुन गुंजयमान उत्तेजना लेजर के तरंग दैर्ध्य को समान मान कर & #955; QD .
      नोट: अक्सर, स्पेक्ट्रोमीटर प्रकाशिकी से गुंजयमान उत्तेजना लेजर के कैटरिंग के कमजोर संकेत उठा सकते हैं । यदि नहीं, तो प्रत्यक्ष एक विभाजन उत्तेजना बीम के स्पेक्ट्रोमीटर.
      5. में
    5. अधिकतम QD & #39; एस पी एल की तीव्रता पर सीसीडी पर ठीक ट्यूनिंग उत्तेजना लेजर की आवृत्ति से ।
      नोट: कुछ QDs के लिए, HeNe लाइट की एक छोटी राशि के लिए QD resonantly उत्तेजित होने की अनुमति की जरूरत है < सुप क्लास = "xref" > 10 , < सुप क्लास = "xref" > 31 , < सुप क्लास = "xref" > ३२ . आवश्यक HeNe लेजर शक्ति आमतौर पर इतना कम है-कुछ सौ nanowatts-कि कोई प्रतिदीप्ति केवल इस HeNe बीम द्वारा कारण सीसीडी द्वारा पता लगाया जा सकता है ।
    6. ऊंचाई और लेंस E1 की पार्श्व स्थिति और लेंस E2 के अक्षीय स्थिति का समायोजन करके QD की PL तीव्रता को अधिकतम करें । संयुक्त रूप से QD.
      7. से प्रतिध्वनि प्रतिदीप्ति की तीव्रता को अधिकतम करने के लिए लेंस E1 और E2 के पदों का अनुकूलन
  2. विधि (2)-वर्णक्रम खोज:
    1. स्पेक्ट्रोमीटर पहनावा के उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के केंद्र में पहली आदेश विवर्तन पर नजर रखने के लिए QD सेट । स्पेक्ट्रोमीटर.
      2. के द्वार भट्ठा खोलो
    2. धुन QD पहनावा के ऊर्जा रेंज भर में उत्तेजना लेजर की आवृत्ति । एक resonantly उत्तेजित QD के रूप में सीसीडी पर दिखाई देगा एक डॉट हवादार छल्ले के जोड़े से घिरा हुआ है । एक QD है कि उज्ज्वल है उठाओ ।
    3. उत्तेजना लेजर की तरंग दैर्ध्य ठीक ट्यूनिंग द्वारा अपने PL तीव्रता को अधिकतम ।
    4. ऊंचाई और E1and लेंस E2 के अक्षीय स्थिति के पार्श्व की स्थिति का समायोजन करके डॉट के PL तीव्रता को अधिकतम । संयुक्त रूप से QD.
      5. से प्रतिध्वनि प्रतिदीप्ति की तीव्रता को अधिकतम करने के लिए लेंस E1 और E2 के पदों का अनुकूलन

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Representative Results

चित्रा 1 एक क्वांटम डॉट के गुंजयमान उत्तेजना को पूरा करने के लिए आवश्यक उपकरणों के एक विशेष बोध से पता चलता है. अंय प्रतीति संभव हो रहे हैं, लेकिन महत्वपूर्ण घटक हैं: waveguide करने के लिए जोड़े को एक उत्तेजना पथ; प्रतिदीप्ति के लिए गाइड करने के लिए एक संग्रह पथ; एक फोकल उत्तेजना पथ संग्रह पथ के साथ उत्तेजित करने के लिए; और नमूना सतह के इमेजिंग सक्षम करने के लिए एक रोशनी पथ.

दो प्रतिनिधि RPLE स्पेक्ट्रा चित्रा 2में दिखाए जाते हैं । वे एक तटस्थ QD [चित्रा 2(क) और (ख)] और एक आरोपी QD [चित्रा 2(ग) और (घ)] से एकत्र कर रहे हैं । आरोपी QD की सटीक आरोप स्थिति का निर्धारण स्पेक्ट्रम की जांच से नहीं किया जा सकता । सबसे अच्छा संकेत करने वाली शोर अनुपात को प्राप्त करने के लिए, लेजर कैटरिंग एक ंयूनतम करने के लिए रखा जाना चाहिए । चित्रा 2में सबसे छवियों(क) और (ग) तितर बितर पृष्ठभूमि दिखाने जब उत्तेजना लेजर दूर प्रतिध्वनि से धुन है । लेजर कैटरिंग QD प्रतिदीप्ति की तुलना में बहुत कमजोर है, लेकिन कैटरिंग के विशिष्ट पैटर्न को दर्शाने के लिए, छवियों को क्रमशः २८४ और 23 बार से बढ़ाया गया है । यदि इन छवियों संरेखण में सामना कर रहे हैं, यह तात्पर्य है कि एक मजबूत लेजर कैटरिंग मौजूद है । कई कारणों से इस परिणाम के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, जैसे waveguide में युग्मन का ग़लत संरेखण, waveguide के सट चेहरे पर खरोंच, देखने का एक क्षेत्र भी नमूना के सट एज के पास, आदि प्रत्येक बिंदु पर विस्तृत विचार विमर्श इस प्रोटोकॉल की चर्चा भाग में प्रदान की जाती हैं ।

एक planar microcavity में एक resonantly उत्साहित QD की छवि आम तौर पर यह चारों ओर छल्ले के साथ केंद्रीय डिस्क होगा के रूप में चित्रा 3में दिखाया गया है । इस पैटर्न QD के युग्मन से हवाई जहाज़ की लहर eigenmodes गुहा, जिसका प्रचार दिशा-निर्देश की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर है३३परिणाम । इस प्रकार, एक तरंग दैर्ध्य के प्रतिदीप्ति एक खोखले शंकु जिसका शीर्ष कोण उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य द्वारा निर्धारित किया जाता है में गुहा से उभर रहे हैं । जब इस प्रकाश उद्देश्य और ट्यूब लेंस द्वारा ध्यान केंद्रित द्वारा collimated है, छवि का गठन चित्रा 2 और चित्रा 3में स्पष्ट अंगूठी की तरह संरचना है । अंगूठा और डिस्क का radii शीर्ष कोण द्वारा निर्धारित किया जाएगा और इस प्रकार उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य । छोटे उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य, बड़ा शीर्ष कोण, और छोटे radii । सबसे छोटा संभव सर्वोच्च कोण शून्य है, जिसका अर्थ है कि गुहा से बच सकते हैं कि उत्सर्जन के लिए एक लंबी तरंग दैर्ध्य कटऑफ है । सबसे बड़ा संभव सर्वोच्च कोण उद्देश्य लेंस के ना द्वारा निर्धारित किया जाता है, जिसका मतलब है कि वहां एक लघु तरंग दैर्ध्य उत्सर्जन है कि ऑप्टिकल प्रणाली द्वारा एकत्र की जा सकती है के लिए cutoff है । एक बड़ा ना के साथ एक उद्देश्य-या एक ठोस विसर्जन लेंस के अलावा-कम तरंग दैर्ध्य के लिए संग्रह बैंड के इस निंन अंत का विस्तार होगा । दूसरी ओर, संग्रह बैंड की लंबी तरंग दैर्ध्य अंत नमूना संरचना को बदलने के अलावा संशोधित नहीं किया जा सकता है । चित्रा 3 कटऑफ तरंग दैर्ध्य के लिए न्यूनतम से लेकर विभिन्न उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य के साथ QDs से प्रतिदीप्ति की छवियों से पता चलता है.

Figure 1
चित्र 1. प्रयोग की योजनाबद्ध ।
गुंजयमान उत्तेजना एक एकल QD युग्मन द्वारा एहसास होता है एक संकीर्ण linewidth (1 मेगाहर्ट्ज) cw लेजर बीम नमूने के waveguide में, के रूप में नारंगी पथ द्वारा चित्रित किया । नमूने का photoluminescence लाल पथ का अनुसरण करते हुए Fabry-टेकनॉलजी मोड से एकत्रित किया जाता है । एक हीलियम-नियॉन (HeNe) लेजर के ऊपर बैंड-गैप उत्तेजना प्रदान करता है, हरी पथ के बाद । एक घर में निर्मित प्रकाशक ९४० एनएम प्रकाश के साथ नमूना सतह के समान रोशनी प्रदान करता है, के रूप में पीले रास्ते से दर्शाया गया है । ध्यान दें कि योजनाबद्ध पैमाने पर नहीं है । एफसी: फाइबर युग्मक; विज्ञापन: एपर्चर डायाफ्राम; एफडी: फील्ड डायाफ्राम; पोल: ध्रुवर; एफ: लंबी पास फिल्टर; NPBS: गैर ध्रुवीकरण बीम अलगानेवाला घन; DBR: वितरित डींग मारने वाला रिफ्लेक्टर; सीसीडी: चार्ज-युग्मित डिवाइस; एलईडी: प्रकाश उत्सर्जक डायोड । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. एक एकल क्वांटम बिंदी की प्रतिध्वनि प्रतिदीप्ति ।
(क) विभिन्न ट्यूनिंग पर एक तटस्थ क्वांटम डॉट के प्रतिदीप्ति की छवियों, प्रत्येक छवि के शीर्ष पर रैखिक आवृत्ति में संकेत दिया. शूंय ट्यूनिंग ९२७.८५९७ एनएम से मेल खाती है । (ख) केंद्र के चारों ओर 8 पिक्सल के एक व्यास के साथ एक परिपत्र क्षेत्र में PL तीव्रता को एकीकृत करके, एक ही तटस्थ QD के RPLE स्पेक्ट्रम । (ग) विभिंन ट्यूनिंग में एक आरोप QD के प्रतिदीप्ति की छवियां, प्रत्येक छवि के तल पर रैखिक आवृत्ति में संकेत दिया । शूंय ट्यूनिंग ९२७.६५३ एनएम से मेल खाती है । (घ) केंद्र के चारों ओर 12 पिक्सल के व्यास के एक परिपत्र क्षेत्र में PL की तीव्रता को एकीकृत करके, इसी आरोपित QD के RPLE स्पेक्ट्रम । (ङ) निम्न-ऊर्जा शिखर पर गुंजयमान उत्तेजना के अंतर्गत (क) में तटस्थ QD का द्वितीय क्रम सहसंबंध माप. (क) और (ग) में सही सबसे फ्रेम दूर उत्तेजना छवियों हैं, तीव्रता के साथ २८४ और 23 से गुणा, क्रमशः, कम लेजर छितराई पृष्ठभूमि दिखाने के लिए । ध्यान दें कि (क) और (ग) के लिए रंग पैमाने अलग है लेकिन व्यक्तिगत उप भूखंडों के बीच साझा कर रहे हैं । (b) में सामान्यीकृत RPLE तीव्रता और (d) नारंगी डॉट्स द्वारा दर्शाया गया है, जबकि नीला चौकोर क्रमशः (a) और (b) में दिखाए गए चित्रों के संगत डेटा का संकेत देता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. गुहा मोड में विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर आठ अलग डॉट्स से अनुनाद प्रतिदीप्ति ।
प्रतिध्वनि तरंग दैर्ध्य प्रत्येक छवि के शीर्ष पर संकेत दिया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम हैं: विधा-मिलान और waveguide मोड में उत्तेजना बीम का संरेखण; और उचित संरेखण और संग्रह प्रकाशिकी के ध्यान केंद्रित । इन चरणों का सबसे कठिन भाग प्रारंभिक संरेखण हैं; एक पहले से ही गठबंधन सेटअप के युग्मन अनुकूलन अपेक्षाकृत सरल है । संग्रह और उत्तेजना क्षेत्रों अतिव्यापी एक कदम है कि कैमरे पर छवि के नमूने की क्षमता के साथ सरल है, लेकिन इस क्षमता के बिना बहुत मुश्किल है । आदेश में उच्च गुणवत्ता इमेजिंग करने के लिए, उचित काजल रोशनी महत्वपूर्ण है । कोल दीप्ति के विषय इस प्रोटोकॉल के दायरे के बाहर है, लेकिन सूक्ष्मता में एक प्रसिद्ध अवधारणा है और व्यापक रूप से प्रकाशित साहित्य३४,३५में चर्चा की है ।

लेंस फोकल लंबाई यहां नोट ठेठ हैं, लेकिन आवश्यक नहीं है । विभिंन cryostats और अंय कारकों प्रकाशिकी व्यवस्था पर अतिरिक्त या विभिंन आवश्यकताओं को लागू कर सकते हैं । ऐसे एक मामले में, डिजाइन के दौरान लेंस फोकल लंबाई के उचित विकल्प के लिए मोड की आवश्यकताओं को संतुष्ट करने के लिए महत्वपूर्ण है उत्तेजना पथ और संग्रह पथ में कोल स्दीप्ति में मिलान । यदि लेंस उनके फोकल लंबाई की राशि से अलग कर रहे है कोल दीप्ति संतुष्ट हो जाएगा । उचित मोड-waveguide में मिलान के रूप में संभव के रूप में उच्च एक एनए की आवश्यकता है, जो बीम का मतलब है Eobjके एपर्चर भरना होगा । उद्देश्य एक घर का बना सामंजस्य रेल XYZ माउंट में बैठता है कि केवल कमरे के तापमान पर चल रहा है क्योंकि यह cryostat के कोड अंतरिक्ष के अंदर स्थित है । यह बंद करने वाली नमूना स्थिति एक बड़ी ना लेंस के उपयोग की अनुमति देता है, जबकि लेंस माउंट में थर्मल भिंनता को कम करने, जो यांत्रिक स्थिरता बढ़ जाती है । इस मामले में उद्देश्यों अंतरिक्ष बाधाओं के कारण aspherical स्वेटर लेंस रहे हैं । यदि अधिक स्थान उपलब्ध है, वाणिज्यिक बहु लेंस उद्देश्यों के बजाय इमेजिंग गुणवत्ता, ना, और आवर्धन में सुधार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । प्रयोगात्मक सेटअप एक dichroic दर्पण के साथ एम 3 की जगह और दोनों उत्तेजना और बीम अलगानेवाला dichroic के माध्यम से एक NPBS बीम निर्देशन द्वारा फोकल गुंजयमान या पास गुंजयमान उत्तेजना की अनुमति विस्तारित किया जा सकता है ।

यदि लेजर पृष्ठभूमि भी मजबूत है, waveguide में उत्तेजना बीम के गरीब युग्मन एक संभावित कारण है । युग्मन अनुचित हैंडलिंग के कारण सट चेहरे पर किसी न किसी प्रकार, खरोंच, या संदूषण से कम किया जा सकता है । चेहरे कि युग्मित किया जाएगा करने के लिए कुछ भी नहीं छुआ जाना चाहिए । यह संभव है, लेकिन दूषित के सट चेहरे को साफ करने के लिए मुश्किल है, लेकिन किसी न किसी और खरोंच स्थाई हैं । यदि सतह की गुणवत्ता एक मुद्दा है, एक अलग स्थान पर सट चेहरे पर प्रयास किया जा सकता है, लेकिन एक ताजा सट आवश्यक हो सकता है । मजबूत लेजर बिखरने पृष्ठभूमि भी नमूना की सतह पर धूल से तितर बितर उत्तेजना प्रकाश के जोड़े भाग के कारण हो सकता है । एक और संभावना है कि देखने का क्षेत्र भी नमूना के किनारे के करीब है और धार से प्रकाश छितरा संग्रह पथ में प्रवेश कर रहा है । अंत में, यह हो सकता है कि लेजर शक्ति अभी बहुत अधिक है । आम तौर पर, उत्तेजना लेजर शक्ति ०.५ की सीमा में है 10 µW में मापा बिजली मीटर में दिखाया गया चित्रा 1। लेजर कैटरिंग के स्रोतों को कम करने के अलावा, बिखरने संग्रह पथ में एक क्षैतिज ध्रुवीकरण जोड़कर बाहर फ़िल्टर किया जा सकता है । हालांकि, इस स्थिति में QD प्रतिदीप्ति को देखने के लिए एक QD जिसकी द्विध्रुवीय क्षण अनुलंब दिशा में संरेखित नहीं है की आवश्यकता है ।

उत्तेजना ध्रुवीकरण केवल एक ही विकल्प तक सीमित है; इस मामले में यह ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण है । यह तीन बाधाओं की वजह से है । सबसे पहले, उत्तेजना बीम के प्रचार दिशा नमूना विमान के भीतर होने के लिए विवश है । दूसरा, ध्रुवीकरण सीधा प्रचार-प्रसार की दिशा में होना चाहिए । तीसरा, QD द्विध्रुवीय क्षणों नमूना विमान में झूठ बोलते हैं । यदि, इस मामले में के रूप में, उत्तेजना बीम क्षैतिज प्रचार, तो ध्रुवीकरण कि QDs उत्तेजित कर सकते है की ही पसंद खड़ी है । इसके विपरीत, पता लगाने ध्रुवीकरण कोई बाधाओं पर रखा है, क्योंकि लेजर कैटरिंग के दमन मुख्य रूप से waveguide मोड11के भीतर लेजर के शोधन से पूरा किया जाता है । एक और सीमा यह है कि इस उत्तेजना योजना एक waveguide के लिए क्वांटम डॉट, एक संरचना है कि सभी नमूनों के लिए संभव नहीं हो सकता है प्रकाश गाइड की आवश्यकता है । काले क्षेत्र के फोकल उत्तेजना तकनीक1है, जो ध्रुवीकरण पार करने के लिए लेजर कैटरिंग को दबाने का उपयोग करता है इस तुलना करें । उस स्थिति में उत्तेजना मनमाना ध्रुवीकरण का इस्तेमाल कर सकते हैं, लेकिन पता लगाने वाले ध्रुवीकरण का ओर्थोगोनल होना जरूरी है.

गुंजयमान उत्तेजना के तहत एकल क्वांटम डॉट्स उच्च चमक, संकीर्ण linewidth, और उच्च अंतर३६के साथ उत्कृष्ट एकल फोटॉन सूत्रों का प्रदर्शन किया गया है । इस प्रोटोकॉल का दोहन करने के लिए एक व्यवहार्य दृष्टिकोण प्रदान करता है स्वयं के इन असाधारण गुणों के लिए विभिंन अनुप्रयोगों, जैसे क्वांटम सूचना और रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए QD प्रणाली इकट्ठे हुए । इसके अलावा, फोटॉनों या तो एक और फोटॉन या एक इलेक्ट्रॉन स्पिन ध्रुवीकरण, जो इस पद्धति की एक विशेषता है के संबंध के बिना संग्रह की आवश्यकता होगी के साथ उलझ ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखकों के नमूने प्रदान करने के लिए ग्लेन एस सुलैमान स्वीकार करना चाहते हैं । इस काम को नेशनल साइंस फाउंडेशन (DMR-१४५२८४०) ने सपोर्ट किया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Tunable external cavity diode laser Toptica Photonics DL-Pro
Closed-cycle cryostat Montana Instruments Cryostation
Spectrometer, 750 mm focal length Princeton Instruments SpectraPro 2750
Thermoelectrically cooled charge-coupled device Princeton Instruments Pixis 100BR-eXcelon
HeNe laser JDSU 1125P
Infrared sensitive camera Sony NEX-5TL IR blocking filter removed
Power meter and detector Newport 1918-C, 918D-IR-OD3
Adjustable aspheric fiber collimator Thorlabs CFC-8X-A
Air-Spaced Doublet Collimator Thorlabs F810APC-842
Protected Silver Mirrors x 5 Thorlabs PF10-03-P01
Flip mounts x 2 Thorlabs FM90
Aspheric condenser lens, f = 20 mm; K1 Thorlabs ACL2520-B
Best form spherical lens, f = 50 mm; E2, L1, L2, K2 Thorlabs LBF254-050-B
Best form spherical lens, f = 100 mm; E1, L4, K3, K4 Thorlabs LBF254-100-B
Best form spherical lens, f = 200 mm; Lspec, Lcam Thorlabs LBF254-200-B
Plano-convex lens, f = 400 mm; L3 Thorlabs LA1172-B
Molded glass aspheric lens, f = 8 mm; Eobj Thorlabs C240TME-B
Precision asphere, f = 10 mm; Lobj Thorlabs AL1210-B
Longpass Filters, 800 nm, x2 Thorlabs FEL0800
Non-polarizing beam splitter cube (NPBS) Thorlabs BS029
Pellicle beam splitter Thorlabs BP108
Polarizer Thorlabs LPNIRE100-B
Light emitting diode, 940 nm Thorlabs M940D2

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References

  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).

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अभियांत्रिकी अंक १२८ क्वांटम डॉट प्रतिदीप्ति अनुनाद प्रतिदीप्ति microcavity
ओर्थोगोनल उत्तेजना और डिटेक्शन का उपयोग करते हुए एक Planar गुहा में एक InGaAs क्वांटम डॉट के अनुनाद प्रतिदीप्ति
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Chen, D., Lander, G. R., Flagg, E.… More

Chen, D., Lander, G. R., Flagg, E. B. Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection. J. Vis. Exp. (128), e56435, doi:10.3791/56435 (2017).

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