Name: 직교 여기 및 탐지를 사용 하 여 평면 캐비티에 InGaAs 양자 점의 공명 형광 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 57 s
Description: 배우세요 직교 여기 및 탐지를 사용하여 InGaAs 양자 점의 공명 형광을 검출하는 방법을. 이 기술은 레이저 산란을 최소화하고 형광 편광을 보존하여 양자 광학 연구에 활용됩니다.

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저자는 샘플을 제공 하기 위한 글렌 S. 솔로몬을 인정 하 고 싶습니다. 이 작품은 국립 과학 재단 (DMR-1452840)에 의해 지원 되었다.

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 준비는 다니엘의 원하는 위치에 샘플의 위쪽 표면에 조금만 스크래치 수 있도록 <ol><li>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.</li>
	<li>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.</li>
	<li>쪼개진 얼굴과 샘플 표면 광학 cryostat 창을 통해 액세스할 수 있도록는 cryostat에 동판을 탑재.</li>
</ol> 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.
<ol><li>여기 레이저 빔 샘플의 쪼개진된 얼굴의 거친 정렬.
	<ol><li>광섬유 커플러 FC0의 자유도 사용 하 고 여기 렌즈 설치 하기 전에 샘플의 쪼개진된 얼굴에 여기 빔 직접 M0 거울.</li>
		<li>레벨 여기 빔 수평 광학 테이블에 관하여 및 샘플의 평면을 기준.</li>
	</ol></li> <li>여기 목표의 설치 E obj <ol><li>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.</li>
		<li>여기 경로 따라 샘플 뒤에 흰 종이 화면을 설정합니다. IR 뷰어를 사용 하 여 샘플에 전달 하는 레이저 빛으로 인해 종이에 밝은 반점을 관찰.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>슬라이드 E 찾을 obj 변두리 표시의 수를 최소화 하는 위치에 Eobj.</li>
	</ol></li> <li>망원경 렌즈 E1 및 e 2의 <ol><li>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.</li> <li>IR-시청자와 함께 종이에 실루엣과 회절 패턴 관찰. E1 밝은 레이저 조명 자리 가운데에 실루엣을 중앙의 높이 조정.</li>
		<li>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</li> <li>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.</li>
	</ol></li></ol> 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.
<ol><li>위의 밴드-갭 (HeNe) 여기 경로 카메라의 설치의 정렬: <ol><li>단일 모드 섬유에 위의 밴드 갭 레이저 빔 (HeNe) 커플.</li>
		<li>직접 m 3 미러를 통해 샘플에 섬유 겨냥 틀 FC1에서에서 출력 빔.</li>
		<li>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.</li>
		<li>기울기 FC1 및 m 3은 수직으로 샘플에서 광학 테이블 및 그것 지시 계속 HeNe 빔 수준.</li>
		<li>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.</li>
		<li>비 편광 빔 스플리터 큐브 (90: 10), NPBS, HeNe 경로 삽입. 사고 HeNe 빔에 큐브 센터.</li>
		<li>컬렉션 경로 샘플, 반사에서 하나, 하나 큐브 내에서 내부 반사에서 빔 스플리터 출력에서 두 광선을 찾습니다.</li>
		<li>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.</li>
		<li>수준 광학 탭 관련 큐브함으로써 HeNe 빔 해당 큐브의 내부 내부 반사 하 르는 들어오는 광속으로 동일한 높이로.</li>
		<li>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.</li>
		<li>카메라와 함께 샘플에서 PL의 관측을 허용 하는 800 nm 긴 패스 필터, F1, 빛, HeNe 걸러 L 캠 앞 설정.</li>
	</ol></li> <li>설치 및 렌즈의 위치의 최적화 L obj <ol><li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>100 mm. 두 렌즈 사이의 거리를 설정는 마이크로미터를 조정 하 여 산의 중심에 설정 L2.</li>
		<li>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.</li>
		<li> 그림 1에서 같이 컬렉션 경로에 조명 기 및 박막을 삽입 합니다. 사이의 거리를 설정 렌즈 k 4와 L2 그들의 초점 길이의 합.</li>
		<li>는 조명 기의 각도 조정 하 여 L2에 조명 빔 센터.</li>
		<li>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.</li>
		<li>조명 빛만을 사용 하 여 찾을 표면 결함 또는 먼지 샘플에서 카메라를 보고. L2를 옆으로 이동 하 여 필요에 따라 샘플의 다른 부분을 검색.</li>
		<li>약간 L obj/밖으로 결함이 나 먼지의 가장자리 날카로운 수 있도록 광학 축을 따라 누릅니다.</li>
		<li>Shift L2 다시 마운트의 중심.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Shift L2 샘플의 쪼개진된 가장자리까지 가로 조명 아래 카메라에 표시 됩니다.</li>
		<li>천천히 변화 L obj 세로로 밝은 레이저 샘플, 샘플의 쪼개진된 얼굴에 공 여기 광선의 산란에 의해 발생의 쪼개진된 가장자리에 자리를 찾을 것.</li>
		<li>샘플의 밝은 레이저 쪼개진된 가장자리에 자리에 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리 레벨.</li>
	</ol></li> <li>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.
	<ol><li>제거 L1 그리고 L2입니다. 샘플의 서피스 수직 방향을 광속을 확보 하면서 L obj에 여기 빔 센터.</li>
		<li>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.</li>
		<li>위치 변경 L 캠 등 중심 반사 HeNe에 빔. HeNe PL (긴 패스 필터 사용) 흥분 등 중심 이미지에 카메라 위치.</li>
		<li>는 조명 및 조명 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 l 2에 빛 가운데 박막의 각도 조정.</li>
	</ol></li> <li>거울 M1 및 m 2의 맞춤. 
	참고: 뒤로 분석기를 통해 감독 레이저 맞춤을 촉진할 것 이다.
	<li>모니터 HeNe 흥분 PL 카메라 샘플에서 <ol>. 박막와 M1 사이 PL에 아이리스 (아이리스 A) 센터.</li>
		<li>센터 L 사양 역 광선에 렌즈를 멀리는 분석기의 입구 슬릿 1 초점 거리 f 사양.</li>
		<li>M1 및 M2, 두 개의 거울 반영 하 여 샘플 역방향 빔은 분석기에서 보냅니다.</li>
		<li>다른 아이리스 (아이리스 B) m 2와 L 사양 및 센터 사이 설정 역 광선에.</li>
		<li>반대로 중앙 조종 M2 빔 아이리스 B. 반복에 PL 센터를 아이리스 A. 조종 M1에이 프로세스 여러 번 두 조건이 충족 될 때까지.</li>
		<li>룸 빛의 0 차 회절을 모니터링 하 여 CCD에 계의 입구 슬릿 (30 μ m 폭)의 중심을 찾습니다.</li>
		<li>는 분석기의 입구 슬릿을 엽니다. 800 nm 긴 패스 필터를 사용 하 여 PL HeNe 여기 아래 샘플에서 CCD에 관찰 될 수 있다.</li>
		<li>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</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li></ol> 4. 공 진 여기 경로 대해 PL 컬렉션 경로의 중복 <ol><li>멋진 샘플 4.2 공화국을 아래로 위 밴드 여기 일로 계층의 방출 파장을 정확 하 게는 분석기 사용 (일반적으로 약 880 nm).</li>
	<li>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.</li>
	<li>측면 여기 파장 일로 레이어와 공 수를 설정 합니다. 카메라에 샘플의 쪼개진된 가장자리에 밝은 산란 장소를 찾습니다.</li>
	<li>관찰 한 &#34; 줄무늬 패턴 &#34; photoluminescence E1의 가로 위치를 조정 하 여 카메라의. E1을 옆으로 이동 하 여 행진의 강도 극대화. 
	참고: 있는 &#34; 행진 &#34; 여기 빔 샘플의도 파 관에 결합 하 여 의미 있는 일로 레이어 방출은.</li>
	<li>HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 중복 연속 이동 하려면 수직 조정 E1.</li>
	<li>한 방향으로 흐른다 레이어와 줘. 조정 e 2의 강도 기록 다음 다시 최적화 E1의 위치; 다시 PL의 강도 기록 하 고 이전 값을 비교.</li>
	<li>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.</li>
</ol> 5. 단일 양자 점의 공 여기 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.
<ol><li>방법 (1)-대상 자극: <ol><li>설정 밴드 갭 여기 위에서 아래 qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기. 계의 입구 슬릿 엽니다.</li>
		<li>빛나는 배경 일로 레이어 상태 연속체 꼬리의 흥분 때문에 나타날 때까지 위의 밴드 여기의 힘을 조정 합니다. 30 μ m에 슬릿 입구 닫습니다.</li>
		<li>Shift L2 옆으로 보기에 적합 한 qd는-예를 들어 밝은 하나를 찾을 수. QD는 분석기에 의해 측정 된 qd는 λ의 파장을 기록.</li>
		<li>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.</li>
		<li>극대화는 qd는 &#39; 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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol></li> <li>방법 (2)-스펙트럼 검색: <ol><li>qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기를 설정. 계의 입구 슬릿 엽니다.</li>
		<li>Qd는 앙상블의 에너지 범위에서 여기 레이저의 주파수를 조정합니다. Resonantly 흥분된 qd는 CCD에 둘러싸여 공기 반지 몇 점으로 표시 됩니다. 밝은 QD를 선택 하십시오.</li>
		<li>괜찮아 여기 레이저의 파장을 튜닝 하 여 PL 강도 극대화.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 없다.

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 문학34,35에서 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...

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 차별1,2,,34 에 따라 5, 그리고 공간 모드 차별6,7,,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 채5,15, 의 예를 들어 관찰에서에서 채택 16, 옷된 상태2,7,12,17,,1819,20,21 의 데모 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26, 그리고 한정 된 스핀3,,2728,29,30의 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 Eobj 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 Eobj 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 (Lobj, L1 및 L2)는 샘플의 다른 부분에서 형광의 탐지를 허용 하는 데 사용 됩니다. 샘플에서 빛은 중 적외선-민감한 카메라 (L캠)에 두 개의 튜브 렌즈 중 하나 또는 분석기 (L사양)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 되도록obj overfilled 하지는. 이 프로토콜에서 조명도 Lobj 와 샘플 사이의 거리를 최적화 하기 위해 사용 됩니다.
목표 Lobj 와 어느 튜브 렌즈 카메라 또는 분석기에 20x의 확대를 제공 한다. Lobj 와 L사양 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.

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

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

Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection

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.

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...

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.

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

The ability to perform simultaneous resonant excitation and fluorescence detection is important for quantum optical measurements of quantum dots (QDs). ...

이 프로토콜의 전반적인 목표는 직교 여기 및 검출 모드를 사용하여 양자점의 공진 여기(resonant excitation)와 동시 형광 검출을 달성하는 것입니다. 형광 검출을 통한 공진 여기(resonant excitation)의 실현은 저차원 나노 구조에서 빛 물질 상호 작용을 연구하는 데 필수적이며 드레스 상태와 같은 양자 광학 효과를 설명하는 데 사용되었습니다. 이 기술의 주요 장점은 여기(excitation) 모드와 검출 모드(detection mode) 사이의 직교성(orthogonality)을 사용하여 레이저 산란(laser scattering)의 수집을 최소화하여 형광 편광을 보존한다는 것입니다.이 기술은 매우 구별할 수 없는 단일 광자의 양자점 기반 소스와 양자점에서 전자 스핀의 일관된 제어 및 측정에 영향을 미칩니다. 광학 벤치에 실험 요소를 설정합니다. 샘플을 보관하기 위한 저온 유지 장치가 실험의 중심에 있습니다.광학 요소는 세 가지 광원의 출력을 지시하고 초점을 맞춥니다. 이 회로도는 설정에 대한 개요를 제공합니다. 다시 말하지만, 저온 유지 장치에 보관된 샘플이 중앙에 있습니다.하나의 광원은 공진 여기에 사용되는 외부 캐비티 다이오드 레이저입니다. 다른 하나는 위의 굽힘 여기에 사용되는 헬륨 네온 레이저입니다. 조명용 LED도 있습니다.공진 여기 레이저 빔은 편광판을 통과하여 저온 유지 장치의 한쪽 창을 통해 들어갑니다. 렌즈 E1 및 E2는 모세관 망원경을 형성합니다. E1은 여기 지점을 측면으로 이동할 수 있도록 XY 스테이지에 있습니다.E2는 줌 하우징에 있어 초점 심도를 변경할 수 있습니다. 조명 소스와 헬륨 네온 레이저의 빛은 저온 유지 장치의 다른 창으로 들어갑니다. 샘플 내에서 빛은 두 개의 분산된 Bragg 반사체 사이에 내장된 인듐 갈륨 비소 양자점과 상호 작용합니다.샘플의 절단면은 공진 여기 레이저에 노출됩니다. 양자점의 광발광은 헬륨 네온 레이저의 광학 경로를 따라 다시 이동합니다. 첫 번째 망원경과 유사한 디자인으로 두 번째 모세관 망원경을 통과하지만 단일 배율이 있습니다.정렬을 용이하게 하기 위해 샘플에서 빛을 캡처할 수 있는 카메라가 있습니다. 분광계는 강도 및 스펙트럼 분석을 위해 샘플에서 광발광을 수집할 수 있는 위치에 있습니다. 플립 미러 M1의 위치에 따라 빛이 카메라로 가는지 분광계로 가는지가 결정됩니다.첫 번째 단계는 실험을 위한 샘플을 준비하는 것입니

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우리는 형광 신호에서 래맨 격리 ultrafast 모든 광학 스위​​칭을 사용하는 복잡한 비선형 광학 시스템의 건설과 운영을 논의. 이 시스템을 사용하여 우리는 성공적으로 펄스 에너지와 생물학적으로 안전 유지에 관한 능력을 활용 래맨 및 형광 신호를 분리 수 있습니다.

공명과 자연 래맨 Microspectroscopy에 형광 배경 거부

형광 코어 microcavity 센서는 실리카 microcapillaries의 채널에 높은 지수 양자 점 코팅을 채용하고 있습니다. 모세관 채널 원인으로 펌프 유체의 굴절률의 변화는 채널 매체를 분석하는 데 사용할 수있는 microcavity의 형광 스펙트럼에 주던 사람이야.

Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

스펙트럼 분해 및 시간 분해 구성을 포함하여 펨토초 4파 혼합 기술에 대해 설명합니다.  우리는 비선형성과 높은 시간 분해능으로 제공되는 III-V 희석 자기 반도체의 중요한 물리적 특성을 조사하기 위한 이 기술의 유용성을 설명합니다.

펨토초 4파 혼합을 사용한 GaMnAs의 일관성 감쇠 측정

nanodetection 대​​한 바람직하지 않은 레이저 지터 노이즈를 제거하도록 설계 기준 간섭계 기술은, 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 프로빙에 이용된다. 어셈블리, 설정 및 데이터 수집을위한 지침은 캐비티 품질 계수를 특정하기위한 측정 과정과 함께 제공된다.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

우리는 광 파라 메트릭 발진기에 의해 방출되는 비 전통적인 빛을 운영하는 조건부 제조 방법을 사용하여 단일 광자 상태와 일관된 상태 겹쳐 적층 등의 광학 필드를, 여행의 비 가우시안 국가의 안정적인 발전을 설명합니다. 유형 I과 유형 II 상 일치 발진기 고려하고 필요한 주파수 필터링이나 homodyning으로 고효율 양자 상태의 특성 등의 일반적인 절차는 자세히 설명되어 있습니다.

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

단일 형광체는 피오나를 사용하여 나노 미터 정밀도로 지역화 할 수 있습니다. 여기에 FIONA 기술의 요약보고, 어떻게 FIONA 실험을 수행하는 기술이다.

하나 나노 미터의 정확도와 형광 이미징 (피오나)

이 논문은 탄소 나노튜브에 용융 침투를 통해 극한의 나노와이어를 생산하는 방법과 진동 및 광학 여기 에너지를 결정하기 위해 공명 라만 분광법을 사용하여 1D 시스템을 특성화하고 조사하는 방법을 설명합니다.

극단적 인 나노 와이어 및 기타 1D 시스템의 공명 라만 분광법

원고는 레이저 제한 해상도와 광발광(PL) 분광법을 모두 통합하는 포논 보조 준공진 형광 분광법의 방법을 설명합니다. 이 방법은 광학 포논을 사용하여 에너지 영역에서 원자와 같은 반도체 구조의 선폭 제한 해상도 스펙트럼을 제공합니다. 이 방법은 또한 단일 분광계 광학 분광학 설정으로 쉽게 실현할 수 있습니다.

높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학

중심부에 위치한 분자 이벤트는 기관의 전기 및 수축 기능을 조정. 여기에 제시된 지역 필드 형광 현미경 기술의 집합은 그대로 마음에 휴대 변수의 기록을 할 수 있습니다. 심장 기능을 정의하는 메커니즘을 확인하면 마음이 병적 인 상황에서 어떻게 작동하는지 이해에 중요하다.

지역 필드 형광 현미경 : 본래 마음의 세포 신호 이미징

여기, 우리 타락 한 4 웨이브 혼합 업 탐지와 결합을 사용 하 여 공간 해결, 민감한 가스 분광학 중 적외선 영역에서 수행 하는 프로토콜 제시.

적외선 타락 한 4 웨이브 혼합 양적 가스 감지에 대 한 업 검출

여기에 제시된 이온 트랩에서 도플러가방출한 형광 수를 최대화하여 진공 창의 자작나무를 측정하는+ 방법이다. 진공 창의 자폐는 외부 파판의 아지무탈 각도를 변경하여 보상 할 수있는 레이저의 편광 상태를 변경합니다.

25Mg+ 형광을 사용하여 진공 창 비류의 현장 측정

배우세요 직교 여기 및 탐지를 사용하여 InGaAs 양자 점의 공명 형광을 검출하는 방법을. 이 기술은 레이저 산란을 최소화하고 형광 편광을 보존하여 양자 광학 연구에 활용됩니다.

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

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