Fluorescencia de resonancia de un punto cuántico de InGaAs en una cavidad plana usando detección y excitación ortogonal

Disheng Chen; Gary R. Lander; Edward B. Flagg

doi:10.3791/56435

Artículo de método

Fluorescencia de resonancia de un punto cuántico de InGaAs en una cavidad plana usando detección y excitación ortogonal

DOI:

10.3791/56435

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13 de octubre de 2017

Disheng Chen¹ , Gary R. Lander¹ , Edward B. Flagg¹

¹Department of Physics and Astronomy, West Virginia University

En este artículo

Resumen

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Se logra excitación resonante de un punto cuántico uno mismo-montado único modo ortogonal a la modalidad de colección de fluorescencia de excitación. Demostrar un método utilizando la guía de onda y modos de Fabry-Perot de una microcavidad planar que rodea los puntos cuánticos. El método permite total libertad en la polarización de la detección.

Resumen

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La capacidad para realizar la detección simultánea de excitación y la fluorescencia resonante es importante para la medición óptica cuántica de puntos cuánticos (QDs). La excitación resonante sin detección de fluorescencia – por ejemplo, una medición de transmisión diferencial, puede determinar algunas propiedades del sistema de emisión, pero no permite aplicaciones o medidas basadas en los fotones emitidos. Por ejemplo, la medida de correlación de fotones, observación del trío Mollow y realización de fuentes de fotones individuales todos requieren de colección de la fluorescencia. Incoherente excitación con detección de fluorescencia – por ejemplo, sobre excitación del boquete de la venda, se puede utilizar para crear fuentes de fotones individuales, pero la perturbación del medio ambiente debido a la excitación reduce la indistinción de los fotones. Fuentes de fotones individuales basadas en QDs tendrá que ser resonantly emocionados de tener la indistinguibilidad de fotones alta y colección simultánea de los fotones será necesario hacer uso de ellos. Demostrar un método resonantly excitar un QD sola incrustado en una cavidad plana por el haz de excitación de acoplamiento en esta cavidad de la cara cortada de la muestra durante la percepción de la fluorescencia en la dirección normal superficial de la muestra. Combinando cuidadosamente el haz de excitación para el modo de guía de onda de la cavidad, la luz de excitación puede acoplar en la cavidad e interactuar con el QD. Los fotones dispersados pueden acoplar al modo de Fabry-Perot de la cavidad y escape en la dirección normal de superficie. Este método permite total libertad en la polarización de la detección, pero la polarización de excitación está restringida por la dirección de propagación del haz de excitación. La fluorescencia de la capa de adherencia de soldadura proporciona una guía para alinear la ruta de la colección con respecto al haz de excitación. La ortogonalidad de los modos de excitación y detección permite excitación resonante de un QD solo con fondo de dispersión láser insignificante.

Introducción

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La excitación resonante de un emisor único cuántica combinada con detección de fluorescencia fue un desafío experimental a largo plazo debido principalmente a la incapacidad para discriminar espectralmente la fluorescencia débil de la dispersión de excitación fuerte. Esta dificultad, sin embargo, ha sido superada en la última década por dos enfoques diferentes: excitación confocal campo oscuro basado en polarización discriminación¹^,²^,³^,⁴ ^,⁵y excitación ortogonal-detección basada en el modo espacial discrim....

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Protocolo

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PRECAUCIÓN: por favor, ser conscientes de los posibles peligros de dispersión láser durante la alineación. Use anteojos de seguridad apropiados para la protección. Para facilitar el proceso de alineación, es necesario un visor de infrarrojos (IR-espectador). Una tarjeta fluorescente de infrarrojos sensibles también es útil pero no necesario.

1. preparación de la muestra

uso un diamante Escribano para hacer un rasguño minúsculo en el borde de la superficie de la muestra en la ubicación deseada de la hiende. Utilice dos pares de pinzas de punta plana para mantener la muestra a ambos lados de la raya. Aplicar un par de rotación hac....

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Resultados

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La figura 1 muestra una realización particular de los equipos necesarios para lograr la excitación resonante de un punto cuántico único. Otras realizaciones son posibles, pero los componentes críticos son: un camino de excitación a la pareja a la guía de onda; un camino de colección a la guía de fluorescencia detectores; un camino de confocal excitación excitar a lo largo de la trayectoria de la colección; y un camino de iluminación para permitir la proyecció.......

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Discusión

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Los pasos críticos en el protocolo son: el modo de coincidencia y alineación del haz de excitación al modo de guía de onda. y la alineación apropiada y enfoque de la óptica de la colección. Las partes más difíciles de estos pasos son la alineación inicial; optimizar el acoplamiento de una configuración ya alineado es relativamente sencilla. Superposición de las áreas de la colección y la excitación es un paso que con la capacidad de la muestra en la cámara de la imagen es sencillo, pero es muy difícil sin esta capacidad........

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Los autores desean reconocer la Glenn S. Solomon para proporcionar la muestra. Este trabajo fue financiado por la National Science Foundation (DMR-1452840).

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Láser de diodo de cavidad externa sintonizable	Toptica Photonics	DL-Pro
Criostato de ciclo cerrado	crioestación		de Montana Instruments
, distancia focal de 750 mm	Princeton Instruments	SpectraPro 2750
Dispositivo de carga acoplado refrigerado termoeléctricamente	Princeton Instruments	Pixis 100BR-eXcelon
Láser HeNe	JDSU	1125P
Cámara sensible a los infrarrojos	Sony	NEX-5TL	Filtro de bloqueo de infrarrojos eliminado
Medidor de potencia y detector	Newport	1918-C, 918D-IR-OD3
Colimador de fibra asférica ajustable	Thorlabs	CFC-8X-A
Colimador doblete espaciado por aire	Thorlabs	F810APC-842
Protegido Espejos plateados x 5	Thorlabs	PF10-03-P01
Monturas abatibles x 2	Thorlabs	FM90
Lente de condensador asférico, f = 20 mm; K1	Thorlabs	ACL2520-B
Lente esférica de la mejor forma, f = 50 mm; E2, L1, L2, K2	Thorlabs	LBF254-050-B
Lente esférica de mejor forma, f = 100 mm; E1, L4, K3, K4	Thorlabs	LBF254-100-B
Lente esférica de mejor forma, f = 200 mm; Lspec, Lcam	Thorlabs	LBF254-200-B
Lente plano-convexa, f = 400 mm; L3	Thorlabs	LA1172-B
Lente asférica de vidrio moldeado, f = 8 mm; Eobj	Thorlabs	C240TME-B
Esfera de precisión, f = 10 mm; Lobj	Thorlabs	AL1210-B
Filtros de paso largo, 800 nm, x2	Thorlabs	FEL0800
Cubo divisor de haz no polarizado (NPBS)	Thorlabs	BS029
Divisor de haz de película	Thorlabs	BP108
Polarizador	Thorlabs	LPNIRE100-B
Diodo emisor de luz, 940 nm	Thorlabs	M940D2

Espectrómetro de

Referencias

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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).
Vamivakas, N. A., Zhao, Y., Lu, C. -Y., Atatüre, M. Spin-re....

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Excitaci n resonante detecci n de fluorescencia telescopio capilar alineaci n del criostato detecci n con espectr metro control de polarizaci n

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