קרינה פלואורסצנטית תהודה של נקודה InGaAs קוונטית בחלל מישורי באמצעות עירור אורתוגונלית וזיהוי

סיכום

עירור התהודה של נקודה קוונטית עצמית שהורכב יחיד יכולה להיות מושגת באמצעות מצב עירור אורתוגונלית למצב אוסף זריחה. נדגים שיטה באמצעות גלבו מצבי פאברי-פרו microcavity מישורי המקיפים את הנקודות קוונטית. השיטה מאפשרת חופש מוחלט קיטוב זיהוי.

תקציר

היכולת לבצע בו זמנית תהודה זיהוי עירור, קרינה פלואורסצנטית חשוב קוונטית אופטי מדידות של נקודות קוונטיות (QDs). עירור תהודה ללא קרינה פלואורסצנטית גילוי – לדוגמה, מדידה שידור דיפרנציאלית – ניתן לקבוע מאפיינים מסוימים של מערכת פולטות, אך אינו מאפשר ליישומים או במדידות המבוססות על חלקיקי האור הנפלט. למשל, מדידת מתאמים פוטון, התבוננות שלישיה ופרחים לבנים, בצל, מימוש כל פוטון יחיד מקורות דורשים אוסף זריחה. עירור מבולבלת עם פלורסצנטיות זיהוי – לדוגמה, מעל עירור תזמורת-gap – יכול לשמש כדי ליצור מקורות פוטון יחיד, אך ההפרעה של הסביבה עירור מקטין את indistinguishability של חלקיקי האור. מקורות פוטון יחיד המבוססת על QDs יהיה חייב להיות resonantly נרגשים לקבל פוטון גבוהות indistinguishability, אוסף בו-זמני של חלקיקי האור יהיה צורך לעשות בהם שימוש. נדגים שיטה לגרות resonantly QD יחיד מוטבע בתוך חלל מישורי על ידי צימוד קרן עירור לתוך חלל זה מעל פני cleaved הדגימה תוך איסוף על ידי קרינה פלואורסצנטית לאורך כיוון נורמלי משטח של המדגם. על ידי התאמת בקפידה את קרן עירור למצב גלבו של החלל, האור עירור יכול הזוג לתוך החלל ולקיים אינטראקציה עם QD. פוטונים מפוזר יכול הזוג למצב פאברי-פרו של חלל, לברוח לכיוון משטח רגיל. שיטה זו מאפשרת חופש מוחלט קיטוב זיהוי, אך קיטוב עירור מוגבלת על ידי כיוון התפשטות של הקורה עירור. ידי קרינה פלואורסצנטית מהשכבה הרטבה מספק מדריך כדי ליישר את הנתיב אוסף לגבי הקורה עירור. אורתוגונליות עירור וזיהוי מצבי מאפשר עירור התהודה של QD יחיד עם רקע פיזור לייזר זניח.

מבוא

עירור התהודה של פולט קוונטית בודדת בשילוב עם פלורסצנטיות זיהוי היה אתגר ניסיוני לטווח ארוך בעיקר בשל חוסר היכולת spectrally להפלות את קרינה פלואורסצנטית חלש של פיזור עירור חזק. התסבוכת הזו, עם זאת, יש כבר בהצלחה להתגבר בעשור האחרון על ידי שתי גישות שונות: עירור קונאפוקלית כהה-שדה בהתבסס על קיטוב אפליה^{1,2,3,4 ,5}וזיהוי עירור אורתוגונלית בהתבסס על מצב מרחבי אפליה^{6,7,8,9,10,11, 12,13,14}. שתי הגישות להפגין יכולת חזקה לדכא באופן משמעותי את פיזור לייזר, ובכך הם אימצו אותו באופן נרחב בניסויים שונים, לדוגמה, התבוננות ספין-פוטון שזירה^{5,15, 16}, הפגנה של הברית לבוש^{2,7,12,17,18,19,20,21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26}, מניפולציה קוהרנטי של ספינים מוגבלת^{3,27,28,29,30}. גם הגישה יכול להיות מיושם אוניברסלית במצב; כל מוגבל יש תנאים מסוימים. הטכניקה כהה-שדה מנצל את החופש של תואר קיטוב של הפוטונים לדכא עירור לייזר הפיזור. טכניקה זו יש מספר יתרונות. לדוגמה, יש ללא דרישה עבור מצב גלבו מוגדרים היטב, המאפשרת יישום קונאפוקלית בלבד. יישום קונאפוקלית מאפשר עירור מקוטב באופן מעגלי המוקד יכול להיות הדוק יותר של הקורה עירור על פולט קוונטית, וכתוצאה מכך בעוצמה עירור גבוהה יותר. עם זאת, שיטה זו בררני-קיטוב מגבילה את קיטוב זיהוי להיות אורתוגונלית כדי קיטוב עירור, וכך מונע אפיון המלאה של המאפיינים קיטוב של זריחה. לשם השוואה, מצב מרחבי אפליה משמר את חופש מוחלט של קיטוב זיהוי על-ידי ניצול של אורתוגונליות בין דרכי הפצת קורות עירור וזיהוי לדכא את פיזור לייזר⁴. האילוצים של שיטה זו הינם בצורך של מבנה גלבו במדגם לספק מצב עירור אורתוגונלית למצב גילוי, ההגבלה על קיטוב עירור להיות בניצב לכיוון התפשטות של קרן .

. הנה, נדגים פרוטוקול עבור בניית התקנה חינם-שטח מבוססי אורתוגונלית עירור לזיהוי לניסויים פלורסצנטיות תהודה. לעומת העבודה החלוצית על אפליה מצב מרחבי שם סיב אופטי שימשה כמה אור לתוך חלל⁶, פרוטוקול זה מספק פתרון בחלל חינם, ואין צורך קינטי רכיבים כדי לטעון גם את הדגימה או סיבים cryostat. שליטה טובה של ההוראות של קרן עירור ואת הנתיב זיהוי הם המניפולציה אופטיקה חיצוניים ל cryostat, בעוד עדשות גופיה אספריים לשמש מיקוד מטרות בתוך האזור הקר של cryostat. אנו מספקים להחליפן בתמונות של שלבים יישור מפתח בתהליך השגת עירור תהודה וזיהוי של זריחה של נקודה קוונטית בודדת.

המדגם המשמש לצורך ההדגמה הוא גדל על ידי קרן מולקולרית epitaxy (בין). נקודות קוונטיות InGaAs (QDs) נעוצים כרווח GaAs הנקשר באמצעות שני מבוזרת בראג מחזירי אור (DBRs), כפי שמוצג התצוגה זום-אין של הדוגמה באיור1. מרווח GaAs בין DBRs פועל גלבו, איפה קרן עירור מוגבל על ידי החזרה גמורה. DBRs משמשים גם מראות גבוהה-השתקפות wavevectors כי הם כמעט נורמלי למטוס מדגם. זה יוצר מצב פאברי-פרו שאליו QDs הזוג כאשר פולטות קרינה פלואורסצנטית. מצב פאברי-פרו בטח הניזונה מאוטוביוגרפיה ומהדהדת פליטת גל λ של QDs, המחייב את מרווח GaAs להיות שלם כפולה של λ/n, כאשר n הוא אינדקס השבירה של GaAs. לצורך ההדגמה, עובי מרווח GaAs נבחר להיות 4λ/n, אשר הוא כ 1 מיקרומטר, כדי להיות קרוב עקיפה מוגבל לגודל ספוט קרן עירור התקרית. ליעילות נמוכה צימוד של הקורה עירור למצב גלבו כתוצאה כרווח צר יותר.

הגדרת הניסוי מוצג באיור1. כדי למקסם את היעילות צימוד, יחיד-עדשה אספריים המטרה E_obj עם מפתח נומרי NA = 0.5, אורך מוקד של 8 מ"מ נבחר למקד את הקרן עירור על הפנים cleaved המדגם. הפונקציה של הטלסקופ Keplerian (מורכבת זוג עדשות E1, E2) בנתיב עירור היא כפולה: (1) כדי למלא את הצמצם של המטרה E עירור_obj אז קרן עירור בחוזקה ממוקד עבור יותר התאמת מצב גלבו (ב זה מימוש קרן מקבילות הקוטר הוא 2.5 מ מ), ו- (2) כדי לספק שלוש דרגות חופש תמרון נקודת המוקד של קרן עירור את פני cleaved המדגם. עדשה E1 הוא רכוב על הר של translational X-Y המספק את שתי דרגות חופש לנוע במקום עירור בחופשיות בתוך המטוס מדגם cleaved הפנים. עדשה E2, מותקן על זום לא מסתובב הדיור אשר מספק את החופש לבחור את עומק נקודת המוקד במדגם. אלה שלוש דרגות חופש מאפשרים לנו לייעל את עירור התהודה של QD יחיד ללא צורך התנועה של הדגימה עצמה.

בנתיב אוסף פלורסצנטיות, תצורה עדשות דומות (L_obj, L1, L2) משמש כדי לאפשר זיהוי של קרינה פלואורסצנטית מחלקים שונים של המדגם. . האור מדגם ממוקד על ידי אחד שתי עדשות צינור אל או רגיש IR מצלמת (L_קאם) או בכניסה חריץ של ספקטרומטר (L_spec). תנועה של L1 לאורך ציר z מתאימה את המיקוד של התמונה, וגורם תרגום לרוחב של L2 התמונה לסריקה על פני המטוס של המדגם. אורכי מוקד של L1, L2 שווים אז ההגדלה שלהם הוא האחדות. זה נעשה כדי להגדיל את טווח שיכול להיות מתורגם L2 לפני פינות כהות מתרחשת.

כדי להקל על היישור ומיקום QD, המאייר בנוי הבית מבוסס על קולר תאורה הוא שולב חלק מהתכנית, כפי שמוצג באיור1. מטרת קולר תאורה היא לספק תאורה אחידה לדגימת, להבטיח כי חיהקוסם מקור האור תאורה אינה מוצגת בתמונה. התצורות עדשה של המאיר והן את הנתיב אוסף מתוכננים בקפידה כדי להפריד את המטוסים תרכיב תמונה של המדגם, מקור האור. כל עדשה בנתיב אוסף מופרד שכנותיה בסכום של אורכי מוקד שלהם. הדבר מבטיח היכן התמונה לדוגמה נמצא בפוקוס – כגון-החיישן של המצלמה – תמונת מקור האור לחלוטין defocused. באופן דומה, תמונת מקור אור איפה מתמקדים-כמו על המטוס חזרה מוקד של המטרה – התמונה לדוגמה הוא defocused לגמרי. מקור האור הוא אור מסחרי פולטות נורית led פולט-940 ננומטר. הסרעפת הצמצם מאפשרת התאמת עוצמת תאורה, וקובעת הסרעפת שדה שדה הראייה כדי להיות מואר. המפתחות להגשמת תאורה אחידה נמצאים כדי להגדיר את המרחק בין העדשה K4, L2 ולהיות סכום אורכי המוקד של שתי עדשות, כדי להבטיח את הצמצם של L_obj הוא לא יתר על המידה על-ידי ההארה. ב פרוטוקול זה, ההארה משמש גם כדי לייעל את המרחק בין L_obj המדגם.

את המטרה L_obj ולעדשה צינור גם מספק את ההגדלה של 20 x את המצלמה או את ספקטרומטר. זוג עדשות L3 ו L4 בין L_obj L_spec טפסים טלסקופ Keplerian אחר המספק של תוספת 4 x הגדלה של התמונה על תשלום מצמידים מכשיר (CCD) של ספקטרומטר. התוספת של עדשות L3 ו L4 בתוצאות ההגדלה סך של 80 x, אשר יש צורך במרחב הבחנה קרינה פלואורסצנטית מן הסמוך QDs. L3 L4 הם רכובים על היפוך טעינות כדי להקל על המעבר של ההגדלה מאחר 20 x הגדלה מספק תצוגה של שדה גדולה על הדגימה.

לחפוף את שדה הראיה של הנתיב אוסף בנתיב של קרן עירור דרך גלבו הפליטה של הרצף של הנקודה הקוונטית להרטיב שכבה שימושי. ניתן לקבוע את אורך הגל של פליטה של השכבה הרטבה על ידי מדידת ספקטרום הפליטה של הדגימה תחת מעל עירור תזמורת-gap. למדגם שלנו, להרטיב שכבה פליטה מתרחשת כ 880 ננומטר-4.2 K... על ידי צימוד קרן לייזר cw -880 ננומטר לתוך גלבו המדגם, אחד יכול לצפות דפוס פס הנוצרת על-ידי השחקן מהשכבה הרטבה, אשר מוצג בסרטון המלווה. הרצף השלילי חושף את הנתיב הפצת האור עירור כבר זיווג לתוך גלבו. הנוכחות של פסים בשילוב עם היכולת תמונה השטח של המדגם עושה יישור פשוטה.

פרוטוקול

שים לב: עליך להיות מודע על סכנות אפשריות של פיזור לייזר במהלך היישור. ללבוש משקפי בטיחות נאותים להגנה. כדי להקל על תהליך יישור, הכרחי הצופה אינפרא-אדום (IR-הצופה). כרטיס פלורסנט רגיש IR הוא גם מועיל, אבל לא הכרחי.

1. הכנת הדוגמא

1. שימוש יהלום הסופר לעשות שריטה זעיר בקצה המשטח העליון של המדגם במיקום הרצוי של קליב. השתמש שני זוגות הסתיימה שטוח פינצטה כדי להחזיק את הדגימה בשני הצדדים של השריטה. להחיל מומנט סיבוב כלפי חוץ עם הפינצטה, המדגם קליב.
   הערה: שריטה ארוכה אינה נחוצה לקדם את ביקוע, זה סביר להניח לחתוך דרך השכבה גלבו עושה אור זיווגים בלתי אפשרי. הפנים cleaved הוא עדין מספיק כי כל מגע על פני השטח שלו עשוי נזק הפנים גלבו.
2. לצרף היצירה מדגם cleaved על צלחת נחושת לדוגמה באמצעות מוליך חום צבע כסף או אפוקסי כסוף.
   הערה: הפנים cleaved צריך להיות מיושר עם הקצה של צלחת הרכבה כך הלייזר עירור יכו הפנים דגימה ללא הפרעה.
3. הר הציפוי ב cryostat כך את הפנים cleaved והן על פני השטח מדגם נגישים אופטית דרך החלונות cryostat.

2. יישור של נתיב עירור תהודה

הערה: כדי למקסם את היעילות צימוד לתוך גלבו, הפרופיל של קרן עירור התקרית חייב להתאים עם זה של דמיוני הפוך הפצת קרן היציאה גלבו.

1. יישור גס של עירור קרן לייזר על הפנים cleaved המדגם.
   1. מראה M0 כדי לכוון את קרן עירור על הפנים cleaved המדגם לפני עדשות עירור מותקנים ולהשתמש את דרגות החופש של סיבים אופטיים מצמד FC0.
   2. רמה קרן עירור אופקית ביחס השולחן האופטי והן ביחס למישור המדגם.
2. התקנה של עירור המטרה E _obj
   1. הכניס את עדשה אספריים E _obj הר translational עם שלוש דרגות חופש translational. מרכז E _obj על הלייזר ולהגדיר את הגובה של E _obj להיות זהה לזו של המרכז המדגם.
   2. להגדיר את מסך נייר לבן מאחורי המדגם לאורך השביל עירור. השתמש של IR-הצופה להתבונן כתם בהיר על הנייר עקב אור הלייזר עובר את הדגימה.
   3. E שקופית _obj לכיוון המדגם לאט עד ניתן לראות תמונה ברורה צללית של המדגם על הנייר. להתאים את מיקום גובה ' לרוחב ' E _obj כדי למרכז את הצללית במרכז למזלנו.
   4. תמשיך הזזה E _obj לכיוון המדגם לאט, תמונת צללית על המסך חוויות של ההגדלה. בינתיים, להתאים את מיקום לרוחב E _obj (ימין/שמאל) כדי לפצות על כך תזוזת אופקי של התמונה צללית.
      הערה: במהלך תנועתה האיטית של E _obj לדגימת, עקיפה בשוליים יתחילו להופיע בשלב כלשהו. זה מספק הפניה חדשה לשים במקום מרוכז על שכבת פני השטח של המדגם-
   5. תמשיך הזזה E _obj לכיוון המדגם לאט. בכל מקום של E _obj shift E _obj שמאלה/ימינה להגדיל את שוליים, ריווח עד יש שוליים אחת בלבד גלוי לחפש בשולי על המסך.
      הערה: יהיו שתי קבוצות בשולי, אחד מימין ואחד בצד ימין של פני השטח דגימה.
   6. אתר E שקופית _obj Eobj במיקום זה ממזער את מספר בשולי גלוי.
3. היישור של טלסקופ עדשות E1, E2
   1. להוסיף עדשות E1, E2 לתוך הנתיב עירור שבמרכזה קרן הלייזר. מיקום E2 הופרדו E _obj בסכום של אורכי מוקד שלהם. הגדר את ההפרדה בין E1, E2 להיות סכום שלהם אורכי מוקד, למשל, f ₁ + f ₂ = 150 מ מ.
   2. לבחון את דפוס צללית ואת עקיפה על הנייר עם IR-מציג. להתאים את הגובה של E1 כדי למרכז את הצללית במרכז ספוט תאורה לייזר בהיר.
   3. שקופית E2 לקראת או הרחק E1 תוך התאמת המיקום לרוחב של E1. מאובטח E1, E2-עמדות שניהם שולי קבוצות או להיעלם או הלובש מספר מינימלי של בשולי התצוגה.
   4. הכנס מקטב שכיוונו אנכי של פול פוט לפני E1 ולאחר מרכז זה קרן עירור.
      הערה: יש כמה polarizers זווית טריז קלה, שבו במקרה קרן עירור יחוו של סטיית זוויתי. השתמש E1, E2 לפיצוי סטייה זו.

3. יישור של נתיב אוסף פוטולומיניסנציה

הערה: הביצועים של מערכת ההדמייה נבנה בנתיב אוסף בעיקר נקבע לפי הדיוק של המיקום של L _obj בגלל שלה (אורך מוקד קצר f _obj = 10 מ"מ, NA = 0.55). שני שלבים כלליים שבהם מעורבים היישור של L _obj: יישור גס באמצעות לייזר הנה ולאחר מגרסאות בסדר על-ידי שימוש המאיר את פליטת אקסיטון בצובר GaAs. שלבים יישור אלה מבוצעות באמצעות המדגם בטמפרטורת החדר.

1. היישור של נתיב עירור תזמורת-gap (הנה) לעיל, התקנה של המצלמה:
   1. זוג של קרן לייזר לעיל לפער-הלהקה (הנה) לתוך בד סינגל מוד.
   2. לכוון הקרן פלט מן קולימטור סיבים FC1 על המדגם באמצעות מראה M3.
   ספוט
   3. הטיה FC1 אופקית כדי למרכז את הלייזר על הדגימה על 1 מ מ מהקצה cleaved. להטות M3 אופקית לנוע ההשתקפות האחורי של קרן הלייזר מעל או מתחת קרן התקרית. חזור על תהליך זה מספר פעמים עד מפגש שני הקריטריונים.
   4. הטיה FC1 וכדי M3 אנכית בגובה הקרן הנה שולחן אופטי, לשמור אותו ביים הדגימה.
   5. השתמש לצופה IR כדי לאתר את הלייזר תהודה והן המקומות לייזר הנה על הדגימה. בדוק כי המרכז נקודת לייזר הנה הוא באותו גובה כמו נקודת לייזר תהודה. אם לא, השימוש FC1 M3 כדי להתאים לגבהים קרן תוך שמירה על הקרן הנה ברמה עם השולחן.
   6. מכניס ללא קיטוב קרן ספליטר הקוביה (90:10), NPBS, בדרך הנה. מרכז את הקוביה באמצעות הקרן הנה האירוע.
   7. לאתר שתי הקורות הפלט ספליטר קרן הנתיב אוסף, אחד מהשתקפות מדגם, ואחד מן השתקפות פנימית בתוך הקוביה.
   8. לסובב את הקוביה על-ידי זווית קטנה (~ 5 מעלות) כך ניתן להפריד בקלות שתי הקורות ביציאה. האור המשתקף מהמשטח מדגם יכול לשמש כמדריך גולמי כדי ליישר את המצלמה.
      הערה: כיוון הקורה משתקף פנימי לא ישתנה כאשר הקוביה מסובבת סביב הציר האנכי.
   9. רמה הקוביה ביחס הכרטיסיה אופטיle על-ידי הבטחת הקרן הנה המתאים השתקפות פנימית בתוך הקוביה נמצאת באותו גובה כמו קרן נכנסות.
   מצלמה
   10. put IR רגיש בנתיב של הגב משתקף הנה קרן. להשתמש עדשות L שפופרת של _מצלמת עם אורך מוקד של 200 מ"מ למקד את התמונה לדוגמה על גבי המצלמה.
       הערה: מערכת צינור בנוי הבית משמש כדי לשכן את עדשות L _קאם, כפי שמוצג באיור 1, המונע אור תועה חדר מגילוי על ידי המצלמה.
   11. הגדר 800 nm ארוך מסנן לעבור, F1, לפני L _מצלמת לסנן את הנה אור, אשר מאפשר התבוננות PL מדגם עם המצלמה.
2. התקנה של אופטימיזציה של מיקום העדשה _obj
   1. הכניס את עדשה אספריים L _obj הר translational עם שלוש דרגות חופש translational. מרכז L _obj על לייזר הנה ולהגדיר את ההפרדה מדגם אורך מוקד, f _obj = 10 מ מ.
   2. קבע את העדשה זוג L1 ו- L2 (f ₁ = f ₂ = 50 מ מ) על-ידי שימוש של הר translational של X-Y כאשר צד אחד הוא קבוע והצד השני הוא להזזה בתוך המטוס לרוחב בשליטת מיקרומטר.
      הערה: עדשה L2 נכנס לצד להזזה של ההר. L1 הוא מוחזק על ידי צינור עדשה ומצורפת לצד קבוע של ההר. מערכת הרכבת התחתית מספקת את החופש כדי להתאים את המרחק בין שתי העדשות בכך שהתבטלה פנימה/החוצה את הצינור עדשה מחזיק L1 לאורך הציר האופטי.
   3. להגדיר את המרחק בין שתי עדשות להיות 100 מ"מ. הגדר L2 במרכז ההר על ידי התאמת את מיקרומטר.
   4. הכנס את המשולבת עדשה L1 ו- L2 הנתיב הנה בין NPBS את cryostat. קבעו את המרחק בין L1 ו- L _obj להיות f _obj + f ₁. מרכז L1 ו- L2 על התקרית אור הנה.
   5. להוסיף את המאייר והבעלים קרומית לתוך הנתיב אוסף כמוצג באיור 1. קבעו את המרחק בין העדשה K4, L2 להיות סכום אורכי המוקד שלהם.
   6. מרכז הקורה תאורה ב- L2 על-ידי התאמת זווית המאיר.
   7. להתאים את הזווית של קרומית מרכז הגב משתקף תאורה אור גלוי בתמונת המצלמה השחקן ספוט הנגרמת על ידי עירור הנה.
      הערה: לצורך יישור, אחד יכול לסגור הסרעפת שדה כדי לאתר את המרכז של האזור מואר.
   8. שימוש רק האור המאייר, למצוא פגם משטח או אבק על הדגימה על ידי להסתכל לתוך המצלמה. חפש חלקים אחרים של המדגם כנדרש על-ידי הזזת L2 רוחבית.
   9. מעט הקש L _obj פנימה/החוצה לאורך ציר אופטי כדי להפוך את הקצה של פגם או אבק החדה.
   10. משמרת L2 חזרה למרכז של ההר.
   11. תצוגה השחקן להגיע הנה. נרגש ספוט על המצלמה, להזיז L _obj אופקית, כך המקום PL הוא 1-2 מ מ מהקצה cleaved המדגם.
       הערה: במרחק פחות מ- 1 מ מ, פיזור לייזר מהקצה cleaved המדגם יהיה שנאספו על ידי המטרה L _obj. בעוד שלגבי במרחק רחוק מדי מן הפנים cleaved, קרן עירור יכולים לחוות הנחתה לפני שהגיע QD, אשר מפחית את הכוח עירור מרבי זמין.
   12. משמרת L2 אופקית עד הקצה cleaved המדגם מוצג על המצלמה בתאורה.
   13. לאט shift L _obj אנכית כדי לחפש ספוט בקצה cleaved המדגם, אשר נגרמת על ידי הפיזור של קרן עירור תהודה את פני cleaved המדגם לייזר בהיר.
   14. רמה במקום PL הנגרמת על ידי עירור הנה כדי הלייזר בהיר ספוט בקצה cleaved המדגם.
3. ההתכנסות של הנתיב עירור הנה לגבי המיקום החדש של L _obj .
   הערה: כדי להגדיל את אזור ניתן לסריקה ולצמצם את פינות כהות, יש צורך למרכז מחדש את אופטיקה עירור או קרן עירור לגבי המיקום של L _obj.
   1. הסר L1 ו- L2. מרכז קרן עירור על L _obj תוך הקפדה על הקרן נמצאת בכיוון נורמלי משטח המדגם.
   2. מרכז L2 בהר. מרכז L1 ו- L2 על הקורה עירור התקרית. קבעו את המרחק בין L1 ו- L _obj להיות סכום שני אורכי מוקד, קרי, f ₁ + f _obj.
   3. מיקום מחדש אני _מצלמת כגון זה היא מתמקדת הנה משתקף לשגר. מקם את המצלמה כך הנה מתרגשת PL (שימוש מסנן פס ארוך) ממורכזת על התמונה.
   4. לכוון את זווית בין המאיר את קרומית כדי למרכז את ההארה האור על L2 ועל השחקן ספוט הנגרמת על ידי עירור הנה.
4. היישור של מראות M1 ו- M2.
   הערה: לייזר מכוונת אחורה דרך ספקטרומטר יקל יישור.
   1. צג הנה-נלהב PL מדגם על המצלמה. מרכז קשתית (איריס א) על השחקן בין קרומית M1.
   2. מרכז עדשות L _spec על הקורה הפוכה ולמקם אותו אחד f אורך מוקד _spec מן הסדק הכניסה של ספקטרומטר.
   3. לשלוח את קרן הפוך ספקטרומטר המדגם על ידי המשקף את שתי מראות, M1 ו- M2.
   4. להגדיר עוד איריס (איריס B) בין M2 ו- L _spec ו מרכז זה על הקורה הפוך.
   5. M2 לכוון למרכז ההפך לשגר על איריס א לנווט M1 למרכז השחקן על איריס B. חזור על תהליך זה מספר פעמים עד שני הקריטריונים מרוצה.
   6. אתר שמרכז את הסדק הכניסה (רוחב μm 30) של ספקטרומטר על ה-CCD על-ידי ניטור אפס-הזמנה בשבירת קרני האור בחדר.
   7. פתח בכניסה חריץ של ספקטרומטר. באמצעות מסנן פס ארוך 800 nm, השחקן מדגם תחת הנה עירור יכול להיות שנצפו על ה-CCD.
   8. לנווט M1 למרכז את הנקודה הזאת בכניסה לשסף את ספקטרומטר, בשיא האמצעי של ה-CCD, ולכוון M2 כדי למרכז את קרן הפוך על איריס א חזור על תהליך זה מספר פעמים עד שני הקריטריונים הם אירוטיים
   9. היישור של העדשה זוג L3 ו- L4: L3 עמדה בנתיב אוסף PL במיקום זה f ₂ + f ₃ מן העדשה L2. המקום L4 לתוך הנתיב אוסף הופרדו L3 בסכום של אורכי מוקד שלהם, f ₃ + f ₄. להתאים את מיקום לרוחב L4 לנקודת מרכז השחקן על ה-CCD.

4. חפיפה של הנתיב אוסף PL ביחס הנתיב עירור תהודה

1. מגניב לדגימה ל 4.2 ק... באמצעות עירור מעל-band, להשתמש את ספקטרומטר כדי לאתר במדויק את אורך הגל של פליטה של השכבה הרטבה (בדרך כלל בסביבות 880 ננומטר).
2. להגדיר 800 nm ארוך מסנן לעבור F1 מול L _מצלמת כדי לחסום את האור הנה. עם העזרה של האור להאיר, משמרת L2 אופקית כדי לאתר קצה cleaved מדגם על המצלמה.
3. להגדיר את אורך הגל של הצד עירור להיות מהדהדות עם השכבה הרטבה. לאתר כתם בהיר פיזור בקצה cleaved המדגם על המצלמה.
4. להתבונן " פס דפוס " של פוטולומיניסנציה על המצלמה באמצעות התאמת המיקום לרוחב של E1. הגדל את עוצמת הרצף השלילי על-ידי הסטה E1 רוחבית.
   הערה: " פס " הוא הפליטה שכבה הרטבה, ממנה משתמע כי הקרן עירור זה משולב לתוך גלבו המדגם.
5. E1 להתאים בצורה אנכית כדי להזיז את פס כדי חפיפה עם המקום PL הנגרמת על ידי עירור הנה.
6. להקליט את העוצמה של השכבה הרטבה PL. להתאים E2 בכיוון אחד, ואז מחדש לייעל את המיקום של E1; שוב להקליט את האינטנסיביות של השחקן, להשוות לערך קודמות.
7. אם עוצמת גדל, חזור על ההתאמה של E2 באותו כיוון. אם עוצמת הצטמצמה, ואז להפוך את ההתאמה של E2. חזור על הליך זה כדי למצוא את מיקומי אופטימום הן E1, E2-

5. עירור התהודה של נקודה קוונטית בודדת

< p class = "jove_content"> הערה: ישנן שתי גישות אפשריות לממש עירור התהודה של QD יחיד: (1) המנגינה התדירות עירור של הלייזר כדי להתאים של תהודה QD ספציפיים; או (2) לסרוק את תדירות לייזר על פני האנרגיות תהודה של ההרכב QD עד תהודה פלורסצנטיות מ- QD יחיד הוא ציין.

1. עירור שיטה (1) - מטרה:
   1. להגדיר את ספקטרומטר לפקח עקיפה מסדר ראשון במרכז של אורך הגל פליטה של ההרכב QD תחת מעל עירור תזמורת-gap. פתח בכניסה חריץ של ספקטרומטר.
   2. התאם בכוח עירור מעל-הלהקה עד רקע זוהר מופיעה עקב עירור של הזנב הרצף של המדינות שכבה הרטבה. לסגור את הכניסה לשסף את 30 μm.
   3. משמרת L2 רוחבית כדי למצוא QD המתאים - לדוגמה, האחד המבריקים בתצוגה. להקליט את אורך הגל של λ QD _QD כפי שהיא נמדדת על ספקטרומטר.
   4. לכוון את אורך הגל של הלייזר עירור תהודה להיות זהה לערך λ _QD.
      הערה: לעתים קרובות, ספקטרומטר יכולה לאסוף את האות חלש פיזור של הלייזר עירור התהודה של אופטיקה. אם לא, ישיר פיצול-off של הקורה עירור לתוך ספקטרומטר.
   5. למקסם את QD ' עוצמת s PL-על ה-CCD על ידי פיין טיונינג התדירות של הלייזר עירור.
      הערה: עבור כמה QDs, כמות קטנה של אור הנה נדרש כדי לאפשר את QD להיות נרגשת resonantly ^{10 , 31 , 32}. עוצמת הלייזר הנה נדרש בדרך כלל כך נמוך - כמה מאות nanowatts - אין קרינה פלואורסצנטית גרם אך ורק על ידי קרן זו הנה יכול יזוהו על-ידי ה-CCD.
   6. למקסם את עוצמת PL QD על-ידי התאמת הגובה ואת המיקום לרוחב של העדשה E1 ואת המיקום צירית של העדשה E2. במשותף למטב את העמדות של עדשות E1, E2 כדי למקסם את עוצמת קרינה פלואורסצנטית התהודה מ- QD.
2. (2) - שיטת חיפוש ספקטרלי:
   1. להגדיר את ספקטרומטר לפקח עקיפה מסדר ראשון במרכז של הגל פליטה של ההרכב QD. פתח בכניסה חריץ של ספקטרומטר.
   2. לכוון את התדירות של הלייזר עירור על-פני הטווח אנרגיה של ההרכב QD. מתרגש resonantly QD יופיעו ה-CCD כנקודה מוקף על ידי כמה טבעות אוורירי. לבחור QD זה בהיר.
   3. הגדל עוצמה PL שלו על-ידי פיין טיונינג אורך הגל של הלייזר עירור.
   4. להגדיל את עוצמת PL של הנקודה על-ידי התאמת הגובה והצב לרוחב של E1and המיקום צירית של העדשה E2. במשותף למטב את העמדות של עדשות E1, E2 כדי למקסם את עוצמת קרינה פלואורסצנטית התהודה מ- QD.

תוצאות

איור 1 מציג את מימוש מסוים אחד כל הציוד הדרוש כדי להשיג תהודה עירור של נקודה קוונטית בודדת. מימושים אחרים אפשריים, אך המרכיבים הקריטיים: נתיב עירור זוג גלבו; נתיב אוסף להנחות פלורסצנטיות גלאי; נתיב עירור קונאפוקלית כדי לרגש לאורך השביל אוסף; ונתיב תאורה כדי לאפשר הדמיה של פני השטח הדגימה.

שני ספקטרה RPLE נציג מוצגים באיור2. הם נאספים מן QD נייטרלי [...

דיון

השלבים הקריטיים בפרוטוקול הם: התאמת מצב ויישור של הקורה עירור למצב גלבו; יישור תקין, תוך התמקדות של אופטיקה האוסף. החלקים הקשים ביותר השלבים האלה הם היישור הראשוני; אופטימיזציה של צימוד של התקנה כבר מיושר היא פשוטה יחסית. חופפים את אזורי איסוף של עירור היא צעד זה פשוט עם היכולת תמונה המדגם על המצלמה, אבל קשה מאוד ללא יכולת זו. על מנת לקבל הדמיה באיכות גבוהה, תאורה קולר נכונה היא קריטית. הנושא של תאורה קולר מההיקף של פרוטוקול זה, אבל הוא מושג ידוע מיקרוסקופ, באופן מקיף הנדונה שפורסמו בספרות^34,...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
לייזר דיודת חלל חיצוני מתכוונן	Toptica Photonics	DL-Pro
Cryostat Instruments במחזור סגור		קריוסטיישן
, אורך מוקד 750 מ"מ	Princeton Instruments	SpectraPro 2750
מכשיר מצמד מטען מקורר תרמו-אלקטרי	Princeton Instruments	Pixis 100BR-eXcelon
HeNe לייזר	JDSU	1125P
מצלמה רגישה אינפרא אדום	Sony	NEX-5TL	מסנן חוסם IR הוסר
מד כוח וגלאי	Newport	1918-C, 918D-IR-OD3
קולימטור סיבים אספריים מתכוונן	Thorlabs	CFC-8X-A
קולימטור כפול מרווח אוויר	Thorlabs	F810APC-842
מוגן מראות כסף x 5	Thorlabs	PF10-03-P01
תושבות היפוך x 2	Thorlabs	FM90
f = 20 מ"מ; K1	Thorlabs	ACL2520-B
עדשה כדורית בצורה הטובה ביותר, f = 50 מ"מ; E2, L1, L2, K2	Thorlabs	LBF254-050-B
עדשה כדורית בצורה הטובה ביותר, f = 100 מ"מ; E1, L4, K3, K4	Thorlabs	LBF254-100-B
עדשה כדורית בצורה הטובה ביותר, f = 200 מ"מ; Lspec, Lcam	Thorlabs	LBF254-200-B
עדשה פלנו-קמורה, f = 400 מ"מ; L3	Thorlabs	LA1172-B
עדשה אספרית מזכוכית יצוקה, f = 8 מ"מ; Eobj	Thorlabs	C240TME-B
אספרה מדויקת, f = 10 מ"מ; Lobj	Thorlabs	AL1210-B
מסנני מעבר ארוך, 800 ננומטר, x2	Thorlabs	FEL0800
קוביית מפצל קרן לא מקטבת (NPBS)	Thorlabs	BS029
מפצל קרן פליקל	Thorlabs	BP108
מקטב	Thorlabs	LPNIRE100-B
דיודה פולטת אור, 940 ננומטר	Thorlabs	M940D2