직교 여기 및 탐지를 사용 하 여 평면 캐비티에 InGaAs 양자 점의 공명 형광

요약

공 여기 자기 조립된 단일 양자 점의 형광 컬렉션 모드를 직교 흥분 모드를 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 우리는 파 관 및 양자 점 들을 둘러싼 평면 microcavity의 Fabry 페로 모드를 사용 하 여 메서드를 보여 줍니다. 메서드 검색 분극에 완전 한 자유를 수 있습니다.

초록

동시 공 여기 및 형광 탐지를 수행 하는 능력은 양자 점 (QDs)의 양자 광학 측정에 대 한 중요 합니다. -예를 들어 차동 전송 측정-형광 없는 공명 여기 발광 시스템의 일부 속성을 확인할 수 있습니다 하지만 응용 프로그램 또는 내보낸된 광자에 따라 측정을 허용 하지 않습니다. 예를 들어 광자 상관 관계의 측정, Mollow 세 개의 관찰과 단일 광자 소스 모든의 형광의 컬렉션을 필요 합니다. -예를 들어 위의 밴드 갭 여기-형광 검출 조리 여기 단일 광자 소스를 만드는 데 사용할 수 있지만 여기는 환경 장애 감소는 광자의 indistinguishability. 단일 광자 소스 기반 QDs resonantly 높은 광자 indistinguishability, 기쁘게 생각 이어야 할 것 이다 고 광자의 동시 컬렉션 만들 필요가 있을 것입니다 그들을 사용. 샘플의 서피스 수직 방향 따라 형광을 수집 하는 동안 샘플의 쪼개진된 얼굴에서이 구멍에 여기 빔 커플링 하 여 평면 캐비티에 포함 된 resonantly 단일 QD를 자극 하는 방법을 설명 합니다. 신중 하 게 일치 하는 구멍의도 파 관 모드를 여기 빔에 의해 흥분 빛 캐비티에 커플 하 고는 qd는 상호 작용 수 있습니다. 흩어져 광자 수 구멍 그리고 표면 정상적인 방향으로 탈출의 Fabry 페로 모드로 몇 가지. 이 메서드는 검색 분극에 완전 한 자유를 수 있습니다 하지만 여기 분극 여기 광선의 전파 방향에 의해 제한 된다. 일로 계층에서 형광 흥분 광속에 관하여 수집 경로 맞게 가이드를 제공 합니다. 구동 및 검출 모드의 직교 무시할 레이저 산란 배경으로 단일 QD의 공명 여기가 있습니다.

서론

형광 탐지와 결합 하는 단일 양자 미터의 공 여기 괴기 하 게 강한 여기 산란에서 약한 형광을 차별 하는 무 능력 때문에 주로 장기 실험 도전 이었다. 그러나이 어려움,, 되었습니다 성공적으로 극복 했다 지난 10 년간에서 두 가지 다른 방법으로: 어두운 필드 confocal 여기 분극 차별^{1,2,,34 에 따라 5}, 그리고 공간 모드 차별^{6,7,,89,10,11에 따라 직교 여기 검색 12,,1314}. 두 방법 모두 크게 레이저 산란을 억제 하는 강력한 기능을 보여 줍니다 및 따라서 광범위 하 게 다양 한 실험, 스핀 광자 녹 채^5,15, 의 예를 들어 관찰에서에서 채택 ¹⁶, 옷된 상태^{2,7,12,17,,1819,20,21} 의 데모 ^{, 22 , 23 , 24 , 25 , 26}, 그리고 한정 된 스핀^{3,,2728,29,30}의 일관 된 조작. 어느 접근; 모든 상황에 보편적으로 적용 될 수 있습니다. 각각은 일부 특정 조건에 제한 됩니다. 다크 필드 기술 여기 레이저 산란을 억제 하는 광자의 편광도 자유를 활용 합니다. 이 기술은 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어 confocal 전용 구현 수 있는 잘 정의 된도 파 관 모드에 대 한 필요가 있다. Confocal 구현 원형 편광된 여기 및 더 높은 자극 강도에 따른 양자가 미터에 여기 광선의 가능성이 더 단단한 초점에 대 한 수 있습니다. 그러나,이 분극 선택적 메서드 여기 편광에 직각이 되도록 감지 편광을 제한 하 고 따라서 형광의 분극 속성의 완전 한 특성을 방지. 비교에서는, 공간 모드 차별 여기 및 탐지 빔 레이저 산란⁴억제 하의 전파 모드 간에 직교를 이용 하 여 감지 편광의 완전 한 자유를 유지 합니다. 이 기술은의 제약은 검출 모드를 직교 흥분 모드를 제공 하는 샘플에도 파 관 구조의 필요성 및 광선의 전파 방향에 수직이 되도록 여기 분극의 제한 .

공명 형광 실험을 위한 자유 공간-기반 직교 여기 탐지 설정 구성에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. 광섬유 빛 구멍⁶으로 하 사용 되었다 공간 모드 차별에 선구적인 작품에 비해,이 프로토콜 공간 솔루션을 제공 한다 고 운동 구성 요소 중 샘플을 탑재 필요로 하지 않는다 또는 cryostat에서 섬유입니다. 여기 광선의 탐지 경로 방향의 미세 제어 내의 비구 면 렌즈는 cryostat의 차가운 영역 내 목표 초점 역할을 하는 동안 광학 외부 cryostat에 의해 조작 됩니다. 우리는 키 정렬 단계 공명 여기 및에서 단일 양자 점 형광의 탐지를 달성 하는 과정의 대표적인 이미지를 제공 합니다.

이 데모 사용 하는 샘플 분자 빔 피 (MBE)에 의해 생산 됩니다. InGaAs 양자 점 (QDs) 그림1에서 샘플 확대 보기와 같이 두 개의 분산 된 브래그 반사 경 (DBRs)으로 제한 된 GaAs 공백에 포함 됩니다. GaAs 스페이서는 DBRs 사이 여기 빔 총 내부 반사에 의해 국한 되는 파 관으로 작동 합니다. DBRs는 또한 거의 평면에 수직 샘플은 wavevectors에 대 한 높은 반사 거울 역할을 합니다. 이것 Fabry 페로 모드에는 QDs 커플 형광을 방출 하는 때 형성 한다. Fabry 페로 모드는 정수 GaAs 스페이서는 QDs의 방출 파장 λ와 공 진 해야 λ/n, 여기서 n은 GaAs의 굴절 색인의. 이 데모에 대 한 GaAs 스페이서의 두께 약 1 µ m, 사고 여기 빔 회절 제한 자리 크기 가까이 있도록 4λ/n, 되도록 선택 됩니다. 좁은 스페이서도 파 관 모드에 흥분 광속의 낮은 커플링 효율 귀 착될 것 이다.

실험적인 체제는 그림 1에 표시 됩니다. 숫자 조리개 나 비구 면 단일 렌즈 목표 E_obj 커플링 효율을 극대화 하기 위해 0.5 = 8 mm의 초점 거리 샘플의 쪼개진된 얼굴에 흥분 광속을 초점을 선택입니다. 여기 경로에서 Keplerian 망원경 (렌즈 쌍 E1 및 e 2의 구성)의 기능은 두 배: (1) 여기 빔 밀접 하 게 일치를 위한 더 좋은 모드-(도 파 관에 초점을 맞춘 그래서 여기 목표 E_obj 의 조리개를 채우기 위해 이 실현 조명을된 빔 직경은 2.5 m m), 및 (2) 샘플의 쪼개진된 얼굴에서 여기 광선의 초점을 책략 하는 자유의 3도 제공 하. 렌즈 E1 쪼개진된 샘플 얼굴의 평면에서 자유롭게 여기 자리를 이동 하기 위하여 2 개의 자유도 제공 하는 X-Y 변환 마운트에 장착 됩니다. 렌즈 E2 주택 샘플에 초점의 깊이 선택할 자유를 제공 하는 비 회전 줌에 거치 된다. 자유의 세 학위 수 샘플 자체의 움직임을 필요 없이 단일 QD의 공 여기를 최적화.

형광 컬렉션 경로에 비슷한 렌즈 구성 (L_obj, L1 및 L2)는 샘플의 다른 부분에서 형광의 탐지를 허용 하는 데 사용 됩니다. 샘플에서 빛은 중 적외선-민감한 카메라 (L_캠)에 두 개의 튜브 렌즈 중 하나 또는 분석기 (L_사양)의 입구 슬릿에 초점. L1의 z 축 따라 모션 이미지의 초점을 조정 하 고 L2의 측면 번역 이미지 샘플의 평면에 걸쳐 검사를 합니다. L1과 L2의 초점 길이 그래서 그들의 확대는 통일. 이 L2 vignetting 발생 하기 전에 변환 될 수 있는 범위를 최대화 하기 위해 이루어집니다.

맞춤 및 위치는 QD의 촉진, 하 그림 1에서 보듯이 Kohler 조명에 따라 가정 건축 조명 설치 프로그램에 통합 됩니다. Kohler 조명의 목적은 시료에 균일 한 조명을 제공 하 고 i조명 광원의 마법사 샘플 이미지에 표시 되지 않습니다. 렌즈 구성에 조명 기 및 수집 경로 샘플 및 광원의 어원이 이미지 평면을 분리 하 신중 하 게 설계 되었습니다. 모든 렌즈 컬렉션 경로에 그들의 초점 길이의 합으로 이웃에서 분리 된다. 그러면 그 때마다 샘플 이미지 초점--카메라의 센서에서 광원 이미지는 완전히 defocused 같은. 마찬가지로, 어디는 광원 이미지는 초점-목표-의 후 초점면에서 샘플 이미지는 완전히 defocused 같은. 광원에는 상업 발광 다이오드 (LED) 940에서 방출은 nm. 조리개 다이어 프 램 조명 강도 조정 가능 하며 필드 다이어 프 램 조명 수를 보기의 필드를 결정 합니다. 균일 한 조명 실현에 키 사이의 거리를 설정 하는 k 4와 L2 두 렌즈의 초점 길이의 합 렌즈 및 조명 L의 조리개 되도록_obj overfilled 하지는. 이 프로토콜에서 조명도 L_obj 와 샘플 사이의 거리를 최적화 하기 위해 사용 됩니다.

목표 L_obj 와 어느 튜브 렌즈 카메라 또는 분석기에 20x의 확대를 제공 한다. L_obj 와 L_사양 렌즈 쌍 L3 및 L4는 분석기의 충전-결합 소자 (CCD)에 이미지를 추가 4 배 확대를 제공 하는 또 다른 Keplerian 망원경을 형성 한다. L3 및 L4 결과 공간 인근. QDs L3 및 L4에서 형광을 구별 하는 데 필요한 80 x의 총 확대에 튀기기 때문에 확대의 전환 촉진에 마운트에 탑재 하는 렌즈의 추가 20 배 확대 샘플에 더 큰 시야를 제공합니다.

중첩 컬렉션 경로도 파 관을 통해 흥분 광속의 경로를 보기의 필드, 레이어 일로 양자 도트의 연속성에서 방출은 도움이 된다. 하나는 밴드 갭 여기 위에서 아래 샘플의 방출 스펙트럼을 측정 하 여 습윤 층의 방출 파장을 확인할 수 있습니다. 우리의 샘플에 대 한 레이어 방출 일로 발생 합니다 약 880 nm 4.2 공화국에서 880에서 cw 레이저 빔 커플링 하 여 샘플의도 파 관에 nm, 사람은 동반 비디오에 표시 하는 일로 계층에서 PL에 의해 형성 된 줄무늬 패턴을 관찰할 수 있다. 행진은도 파 관에 결합 된 흥분 빛의 전파 경로를 보여준다. 이 행진 이미지 샘플의 표면 수와 결합의 존재 맞춤을 간단해 집니다.

프로토콜

주의: 유의 하시기 바랍니다 맞춤 동안 레이저 산란의 가능한 위험. 보호에 대 한 적절 한 안전 고글을 착용. 맞춤 과정을 촉진 하는 적외선 뷰어 (IR-뷰어)은 필요 합니다. 적외선-민감한 형광 카드 이지만 또한 도움이 필요 하지 않습니다.

1. 샘플 준비

는 다니엘의 원하는 위치에 샘플의 위쪽 표면에 조금만 스크래치 수 있도록

1. 사용 다이아몬드 스크. 스크래치의 양쪽에는 샘플을 두 켤레 평면 종단 핀셋을 사용 합니다. 족집게와 바깥쪽 회전 토크를 적용 하 고 샘플 것 이다 다니엘.
   참고: 긴 처음 고착, 홍보 하는 데 필요한 이며 그것은 가능성이 빛 커플링 불가능해 waveguide 레이어를 통해 잘라 것입니다. 쪼개진된 얼굴은 충분히 그것의 표면에 어떤 터치도 파 관 얼굴을 손상 될 수 있습니다 섬세 한.
2. 첨부 열 전도성 실버 페인트 또는 실버 에폭시를 사용 하 여 구리 시료 접시에 쪼개진된 샘플 조각.
   참고: 쪼개진된 얼굴 플러시해야 장착 플레이트의 가장자리와 여기 레이저 간섭 없이 샘플 얼굴을 칠 것 이다 있도록.
3. 쪼개진 얼굴과 샘플 표면 광학 cryostat 창을 통해 액세스할 수 있도록는 cryostat에 동판을 탑재.

2. 공 진 여기 경로 맞춤

참고:는 파 관으로 커플링 효율을 극대화, 사고 여기 빔 프로 파일은 거꾸로 전파 빔을 종료 하는 상상과 일치 하는 도 파 관.

1. 여기 레이저 빔 샘플의 쪼개진된 얼굴의 거친 정렬.
   1. 광섬유 커플러 FC0의 자유도 사용 하 고 여기 렌즈 설치 하기 전에 샘플의 쪼개진된 얼굴에 여기 빔 직접 M0 거울.
   2. 레벨 여기 빔 수평 광학 테이블에 관하여 및 샘플의 평면을 기준.
2. 여기 목표의 설치 E _obj
   1. 변환 자유의 3도로 변환 마운트에 비구 면 렌즈 E _obj를 넣어. 레이저에 E _obj를 중심 하 고 샘플의 중심으로 동일 하 게 E _obj의 높이 설정.
   2. 여기 경로 따라 샘플 뒤에 흰 종이 화면을 설정합니다. IR 뷰어를 사용 하 여 샘플에 전달 하는 레이저 빛으로 인해 종이에 밝은 반점을 관찰.
   3. 분명 실루엣까지 천천히 샘플을 향해 슬라이드 E _obj 샘플의 이미지는 종이에 볼 수 있습니다. 밝은 반점의 중간에 실루엣을 중앙 전자 _obj의 높이 측면 위치를 조정.
   4. E _obj 샘플을 향해 천천히, 슬라이딩 유지 하 고 화면에 실루엣 이미지 경험 확대. 한편, E _obj (왼쪽/오른쪽) 실루엣 이미지의 수평 이동 보상의 측면 위치를 조정.
      참고: 샘플 전자 _obj의 느린 운동 동안 회절 변두리 어느 시점에 나타나는 시작할 것 이다. 이 샘플의 표면 층에 집중된 자리를 넣어 새로운 참조를 제공 합니다.
   5. 천천히 샘플을 향해 전자 _obj를 슬라이딩 유지 합니다. E _obj의 각 위치에서 shift E _obj 왼쪽/오른쪽 화면에 변두리에 대 한 보고를 표시 한 프린지까지 프린지 간격 증가.
      참고: 변두리, 왼쪽 및 오른쪽 샘플 표면에의 2 개 그룹 것.
   6. 슬라이드 E 찾을 _obj 변두리 표시의 수를 최소화 하는 위치에 Eobj.
3. 망원경 렌즈 E1 및 e 2의
   1. 중심 레이저 빔으로 여기 경로에 E1 및 E2 렌즈를 삽입. 그들의 초점 길이의 합계의 위치 E2이 E _obj에서 구분. E1 및 E2 그들의 초점 길이, 예를 들어, f ₁ + f ₂의 합을 구분 설정 = 150 m m.
   2. IR-시청자와 함께 종이에 실루엣과 회절 패턴 관찰. E1 밝은 레이저 조명 자리 가운데에 실루엣을 중앙의 높이 조정.
   3. 슬라이드 e 2 쪽으로 또는 E1 E1의 가로 위치를 조정 하는 동안 멀리. 보안 E1 및 E2 위치 둘 다 그룹 프린지에서 사라집니다 또는 보기. 변두리의 최소 수를 보여
   4. E1, 전에 유류 세로 방향된 편광판을 삽입 하 고 여기 빔. 센터
      참고: 일부 편광판을가지고 약간의 쐐기 각도, 있는 경우 여기 빔 각도 편차를 경험할 것 이다. E1 및 e 2를 사용 하 여이 편차 보상.

3. Photoluminescence 컬렉션 경로 맞춤

참고: 수집 경로에 내장 된 이미징 시스템의 성능을 주로 때문에 그것의 짧은 초점 길이 (L _obj의 위치 정밀도 의해 결정 됩니다 f _obj = 10 m m, NA = 0.55). 2 일반에 단계가 L _obj의 정렬: HeNe 레이저를 사용 하 여 잘는 조명 기 및 GaAs의 대량 여 기자 방출을 사용 하 여 조정 거친 정렬. 이러한 정렬 단계 샘플 실 온에서 수행 됩니다.

1. 위의 밴드-갭 (HeNe) 여기 경로 카메라의 설치의 정렬:
   1. 단일 모드 섬유에 위의 밴드 갭 레이저 빔 (HeNe) 커플.
   2. 직접 m 3 미러를 통해 샘플에 섬유 겨냥 틀 FC1에서에서 출력 빔.
   3. 레이저 센터에 수평 기울기 FC1 쪼개진된 모서리에서 약 1 m m 샘플에 명소입니다. 수평 이동의 바로 위 또는 아래 입사 빔 레이저 빔 다시 반사 하는 M3 기울기. 여러 번 두 기준까지이 과정을 반복 하십시오.
   4. 기울기 FC1 및 m 3은 수직으로 샘플에서 광학 테이블 및 그것 지시 계속 HeNe 빔 수준.
   5. IR 뷰어를 사용 하 여 샘플에 공 진 레이저와 HeNe 레이저 명소를 찾을 수 있습니다. HeNe 레이저 반점의 센터 공 진 레이저 자리와 같은 높이에 있는지 확인 합니다. 만약에 아닙니다, FC1 및 M3 HeNe 빔은 테이블 수준 유지 하면서 빔 높이 맞게 사용.
   6. 비 편광 빔 스플리터 큐브 (90: 10), NPBS, HeNe 경로 삽입. 사고 HeNe 빔에 큐브 센터.
   7. 컬렉션 경로 샘플, 반사에서 하나, 하나 큐브 내에서 내부 반사에서 빔 스플리터 출력에서 두 광선을 찾습니다.
   8. 두 광선은 출구에서 쉽게 분리 될 수 있다 그런 작은 각도 (~ 5도)에 의해 큐브를 회전 합니다. 카메라에 맞게 샘플 표면에서 반영 빛 원유 가이드로 사용할 수 있습니다.
      참고: 내부 반사 광선의 방향을 변경 되지 것입니다 때 큐브는 수직 축에 대해 회전.
   9. 수준 광학 탭 관련 큐브함으로써 HeNe 빔 해당 큐브의 내부 내부 반사 하 르는 들어오는 광속으로 동일한 높이로.
   10. 넣어 IR 민감한 카메라 뒤의 경로에 반영 HeNe 빔. 200mm의 초점 거리와 튜브 렌즈 L _카메라를 사용 하 여 샘플 이미지 카메라에 초점을.
       참고: 집에서 만든 튜브 시스템 보듯이 그림 1, 길 잃은 방 빛이 카메라에 의해 감지 되 고 이동 하는 것을 방지 _캠 렌즈 L 집에 사용 됩니다.
   11. 카메라와 함께 샘플에서 PL의 관측을 허용 하는 800 nm 긴 패스 필터, F1, 빛, HeNe 걸러 L _캠 앞 설정.
2. 설치 및 렌즈의 위치의 최적화 L _obj
   1. 변환 자유의 3도로 변환 마운트에 비구 면 렌즈 L _obj를 넣어. L _obj HeNe 레이저에 센터와 초점, f _obj 샘플에서 분리 설정 = 10 m m.
   2. 세트 렌즈를 1과 L2 쌍 (f ₁ = f ₂ = 50 m m)는 X-Y 변환 마운트 어디 한쪽 고정 하 고 다른 쪽은 마이크로미터에 의해 제어 하는 측면 평면에서 움직이는 사용 하 여.
      참고: 렌즈 L2 마운트의 움직일 수 있는 쪽으로 갑니다. L1 렌즈 튜브에 의해 개최 하 고 마운트의 고정된 측에 연결 된. 튜브 시스템/광학 축을 따라 L1 들고 렌즈 튜브를 속이 고 여 두 렌즈 사이의 거리를 조정 하는 자유를 제공 합니다.
   3. 100 mm. 두 렌즈 사이의 거리를 설정는 마이크로미터를 조정 하 여 산의 중심에 설정 L2.
   4. 는 NPBS와는 cryostat HeNe 경로에 l 1와 L2 렌즈 콤보를 삽입합니다. _Obj f _obj + f ₁를 l 1와 L 사이의 거리를 설정 합니다. L 1과 L2 사건 HeNe 빛에 센터.
   5. 그림 1에서 같이 컬렉션 경로에 조명 기 및 박막을 삽입 합니다. 사이의 거리를 설정 렌즈 k 4와 L2 그들의 초점 길이의 합.
   6. 는 조명 기의 각도 조정 하 여 L2에 조명 빔 센터.
   7. 센터 다시 조명 PL 자리에 카메라 이미지에 표시 HeNe 흥분으로 인 한 빛을 반영 하는 박막의 각도 조정.
      참고: 맞춤, 목적 하나 닫을 수 조명 영역의 중심을 찾을 필드 막.
   8. 조명 빛만을 사용 하 여 찾을 표면 결함 또는 먼지 샘플에서 카메라를 보고. L2를 옆으로 이동 하 여 필요에 따라 샘플의 다른 부분을 검색.
   9. 약간 L obj/밖으로 결함이 나 먼지의 가장자리 날카로운 수 있도록 광학 축을 따라 누릅니다.
   10. Shift L2 다시 마운트의 중심.
   11. 보기 HeNe 흥분 PL 카메라에 자리 하 고 PL 자리는 샘플의 쪼개진된 가장자리에서 1-2 m m L _obj를 가로로 이동.
       참고: 1 보다는 작은 거리에 대 한 mm, 샘플의 쪼개진된 가장자리에서 레이저 산란 것 수집 목적 L _obj에 의해. 쪼개진된 얼굴에서 너무 멀리 거리에 대 한 동안 여기 빔 감쇠는 최대 전원을 사용할 수를 감소 시키는 QD를 도달 하기 전에 경험할 수 있습니다.
   12. Shift L2 샘플의 쪼개진된 가장자리까지 가로 조명 아래 카메라에 표시 됩니다.
   13. 천천히 변화 L _obj 세로로 밝은 레이저 샘플, 샘플의 쪼개진된 얼굴에 공 여기 광선의 산란에 의해 발생의 쪼개진된 가장자리에 자리를 찾을 것.
   14. 샘플의 밝은 레이저 쪼개진된 가장자리에 자리에 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리 레벨.
3. 새로운 위치에 관하여 HeNe 여기 경로의 재배치 L _obj .
   참고: scannable 영역을 극대화 하 고 비네팅 최소화, 그것은 필요가 다시 여기 광학 및 L _obj의 위치에 관하여 여기 빔 센터.
   1. 제거 L1 그리고 L2입니다. 샘플의 서피스 수직 방향을 광속을 확보 하면서 L _obj에 여기 빔 센터.
   2. 센터 L2 마운트에. L 1과 L2 모두는 사고 여기에 센터. _Obj 두 초점 길이, 즉, f ₁ + f _obj의 합 수를 l 1와 L 사이의 거리를 설정.
   3. 위치 변경 L _캠 등 중심 반사 HeNe에 빔. HeNe PL (긴 패스 필터 사용) 흥분 등 중심 이미지에 카메라 위치.
   4. 는 조명 및 조명 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 l 2에 빛 가운데 박막의 각도 조정.
4. 거울 M1 및 m 2의 맞춤.
   참고: 뒤로 분석기를 통해 감독 레이저 맞춤을 촉진할 것 이다.
5. 모니터 HeNe 흥분 PL 카메라 샘플에서
   . 박막와 M1 사이 PL에 아이리스 (아이리스 A) 센터.
   1. 센터 L _사양 역 광선에 렌즈를 멀리는 분석기의 입구 슬릿 1 초점 거리 f _사양.
   2. M1 및 M2, 두 개의 거울 반영 하 여 샘플 역방향 빔은 분석기에서 보냅니다.
   3. 다른 아이리스 (아이리스 B) m 2와 L _사양 및 센터 사이 설정 역 광선에.
   4. 반대로 중앙 조종 M2 빔 아이리스 B. 반복에 PL 센터를 아이리스 A. 조종 M1에이 프로세스 여러 번 두 조건이 충족 될 때까지.
   5. 룸 빛의 0 차 회절을 모니터링 하 여 CCD에 계의 입구 슬릿 (30 μ m 폭)의 중심을 찾습니다.
   6. 는 분석기의 입구 슬릿을 엽니다. 800 nm 긴 패스 필터를 사용 하 여 PL HeNe 여기 아래 샘플에서 CCD에 관찰 될 수 있다.
   7. 센터 입구에이 자리는 분석기와는 CCD의 중간 높이에 슬릿과 아이리스 A. 반복 두 조건이 충족 될 때까지 여러 번이이 과정에 역 광선 가운데 M2 조종 조종 M1
   8. 렌즈의 맞춤 쌍 L3 및 L4: f ₂ + 렌즈 l 2에서 f ₃ 위치에서 PL 컬렉션 경로에 위치 L3. 장소 L4 수집 경로에 그들의 초점 길이, f ₃ + f ₄의 합으로 L3에서 분리. CCD에 센터 PL 자리 L4의 측면 위치를 조정.

4. 공 진 여기 경로 대해 PL 컬렉션 경로의 중복

1. 멋진 샘플 4.2 공화국을 아래로 위 밴드 여기 일로 계층의 방출 파장을 정확 하 게는 분석기 사용 (일반적으로 약 880 nm).
2. 는 HeNe 빛을 차단 하는 800 nm 긴-패스 필터를 F1 L _캠 앞에서 설정 합니다. 조명 빛의 도움으로, 수평으로 카메라에 샘플의 쪼개진된 가장자리를 찾으려고 L2 이동.
3. 측면 여기 파장 일로 레이어와 공 수를 설정 합니다. 카메라에 샘플의 쪼개진된 가장자리에 밝은 산란 장소를 찾습니다.
4. 관찰 한 " 줄무늬 패턴 " photoluminescence E1의 가로 위치를 조정 하 여 카메라의. E1을 옆으로 이동 하 여 행진의 강도 극대화.
   참고: 있는 " 행진 " 여기 빔 샘플의도 파 관에 결합 하 여 의미 있는 일로 레이어 방출은.
5. HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 중복 연속 이동 하려면 수직 조정 E1.
6. 한 방향으로 흐른다 레이어와 줘. 조정 e 2의 강도 기록 다음 다시 최적화 E1의 위치; 다시 PL의 강도 기록 하 고 이전 값을 비교.
7. 강도 증가 했다 E2의 조정 같은 방향으로 반복 합니다. 강도 감소 하는 경우 다음 조정 e 2의 반전. E1 및 e 2에 대 한 최적의 위치를 찾기 위해이 절차를 반복.

5. 단일 양자 점의 공 여기

< p class = "jove_content"> 참고: 단일 QD의 공명 여기 실현 가능한 방법은 두 가지: (1) 조정 특정 qd는 공명;에 맞게 레이저의 여기 주파수 또는 (2) 공명 형광 단일 qd는에서 관찰 될 때까지 qd는 앙상블의 공명 에너지에 걸쳐 레이저 주파수를 스캔.

1. 방법 (1)-대상 자극:
   1. 설정 밴드 갭 여기 위에서 아래 qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기. 계의 입구 슬릿 엽니다.
   2. 빛나는 배경 일로 레이어 상태 연속체 꼬리의 흥분 때문에 나타날 때까지 위의 밴드 여기의 힘을 조정 합니다. 30 μ m에 슬릿 입구 닫습니다.
   3. Shift L2 옆으로 보기에 적합 한 qd는-예를 들어 밝은 하나를 찾을 수. _QD는 분석기에 의해 측정 된 qd는 λ의 파장을 기록.
   4. Λ _qd는으로 동일한 값이 되도록 공명 여기 레이저의 파장 조정.
      참고: 자주는 분석기 광학에서 공명 여기 레이저의 산란의 약한 신호를 선택할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우는 분석기에 흥분 광속의 분할에서 직접.
   5. 극대화는 qd는 ' 여기 레이저의 주파수를 조정 하는 벌금으로 CCD에 강도의 PL.
      참고: 일부 QDs HeNe 빛의 작은 금액은 필요 될 흥분된 resonantly ^{10 , , 31 32} QD를 허용 합니다. 필요한 HeNe 레이저 파워는 일반적으로 낮은-몇 백 nanowatts-아무 형광이 HeNe 빔에 전적으로 기인 하는 CCD에 의해 검출 될 수 있다 그래서.
   6. 높이 렌즈 E1의 측면 위치와 렌즈 e 2의 축 위치를 조정 하 여는 QD의 PL 강도 극대화 합니다. E1 및 E2는 QD에서 공명 형광의 강도 극대화 하기 위해 렌즈의 위치를 공동으로 최적화.
2. 방법 (2)-스펙트럼 검색:
   1. qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기를 설정. 계의 입구 슬릿 엽니다.
   2. Qd는 앙상블의 에너지 범위에서 여기 레이저의 주파수를 조정합니다. Resonantly 흥분된 qd는 CCD에 둘러싸여 공기 반지 몇 점으로 표시 됩니다. 밝은 QD를 선택 하십시오.
   3. 괜찮아 여기 레이저의 파장을 튜닝 하 여 PL 강도 극대화.
   4. 높이 조정 하 여 도트의 PL 강도 극대화 하 고는 측면 위치 E1and의 렌즈 e 2의 축 위치. E1 및 E2는 QD에서 공명 형광의 강도 극대화 하기 위해 렌즈의 위치를 공동으로 최적화.

결과

그림 1 에서는 단일 양자 점의 공 여기를 달성 하기 위해 필요한 장비에의 한 특정 실현. 다른 현실화 가능 하지만 중요 한 구성 요소는: 부부는도 파 관;에 대 한 흥분 경로 형광 검출기; 가이드를 컬렉션 경로 수집 경로 따라 자극 하는 confocal 여기 경로 그리고 샘플 표면의 이미징 수 있도록 조명 경로.

두 대표 RPLE 스펙트럼은 그림 2에 표시 됩니다. 그들은 중립 qd는 [그림 2(a)와 (b)]와 [그림 2와(c)와 (d)] 충전된 qd는 수집. 정확한 충전 상태 충전된 QD...

토론

프로토콜의 중요 한 단계: 일치 하는 모드와도 파 관 모드; 여기 광선의 맞춤 적절 한 정렬 및 컬렉션 광학의 초점. 이 단계의 가장 어려운 부품은 초기 정렬; 이미 정렬 된 설치의 연결을 최적화 하는 것은 비교적 간단 합니다. 수집 및 공급 분야를 중복 카메라에 샘플 이미지를 간단 하지만이 기능 없이 매우 어려운 단계입니다. 높은-품질 이미징 하기 위해서는 적절 한 Kohler 조명이 중요 합니다. Kohler 조명의 주제가이 프로토콜의 범위를 벗어납니다 하지만 현미경 검사 법에 잘 알려진 개념 이며 출판된 문학^34,35에서 포괄적으로 설명.

렌즈 초점 길이 여기는 일반적인, 하지만 필요 하지 지적 했다. 다른 cryostats 및 다른 요인 광학 정렬에 추가 또는 다른 요구 사항을 부과할 수 있습니다. 이러한 경우, 렌즈 초점 길이 디자인의 적절 한 선택 모드 여기 경로와...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
조정 가능한 외부 캐비티 다이오드 레이저	Toptica Photonics	DL-Pro
폐쇄 사이클 저온 유지 장치	Montana Instruments 극	저온 측정기
, 750mm 초점 거리	Princeton Instruments	SpectraPro 2750
열전 냉각 전하 결합 장치	Princeton Instruments	Pixis 100BR-eXcelon
HeNe 레이저	JDSU	1125P
적외선 감지 카메라	Sony	NEX-5TL	IR 차단 필터 제거됨
파워 미터 및 감지기	Newport	1918-C, 918D-IR-OD3
조정 가능한 비구면 광섬유 콜리메이터	Thorlabs	CFC-8X-A
Air-Spaced Doublet Collimator	Thorlabs	F810APC-842
보호 실버 미러 x 5	Thorlabs	PF10-03-P01
플립 마운트 x 2	Thorlabs	FM90
비구면 콘덴서 렌즈, f = 20mm; K1	Thorlabs	ACL2520-B
최상의 형태 구면 렌즈, f = 50mm; E2, L1, L2, K2	Thorlabs	LBF254-050-B
최상의 형태 구면 렌즈, f = 100mm; E1, L4, K3, K4	Thorlabs	LBF254-100-B
최상의 형태 구면 렌즈, f = 200mm; Lspec, Lcam	Thorlabs	LBF254-200-B
평면 볼록 렌즈, f = 400mm; L3	Thorlabs	LA1172-B
성형 유리 비구면 렌즈, f = 8mm; Eobj	Thorlabs	C240TME-B
정밀 비구면, f = 10mm; Lobj	Thorlabs	AL1210-B
롱패스 필터, 800 nm, x2	Thorlabs	FEL0800
비편광 빔 스플리터 큐브(NPBS)	Thorlabs	BS029
펠리클 빔 스플리터	Thorlabs	BP108
편광판	Thorlabs	LPNIRE100-B
발광 다이오드, 940 nm	Thorlabs	M940D2