Die Autoren möchten sich Allan Bracker und Daniel Gammon am Naval Research Laboratory zu bestätigen für die Bereitstellung von Proben untersucht. Diese Arbeit wurde (teilweise) durch die Defense Threat Reduction Agency, Grundlagenforschung Auszeichnung # HDTRA1-15-1-0011, an der University of California-Merced.

Hinweis: Die beschriebene Methodik ist spezifisch für eine bestimmte Software, obwohl andere Softwarepakete stattdessen verwendet werden können. 1. Probenvorbereitung und Cool Down <ol><li> Fabrizieren die Probe. <ol><li> Wachsen , um die Probe, die Stranski-Krastanov Aufwachsverfahren mittels Molekularstrahlepitaxie unter Verwendung Schaffung von zwei vertikal gestapelte selbstorganisierende InAs / GaAs QD , die durch eine 4 nm Tunnelbarriere getrennt sind , wie zuvor beschrieben. 16 einbetten QD in einem elektrischen Feldeffektstruktur ( das heißt Schottky - Diode) unter Berücksichtigung eines elektrischen Feldes an die QDMS angewendet werden. 17 Anmerkung: Die Verwendung von QDMS keine Voraussetzung für das Verfahren ist. Auch die Halbleiter InAs / GaAs sind nicht erforderlich, die Technik von jedem Halbleiterkombination für QDMS oder QD arbeiten. </li><li> Fabrizieren die Proben, so dass einzelne QDs optisch adressiert werden. Tun Sie dies entweder durch Zugabe einer Lochmaske auf die Oberseite der Probe oder mnter eine geringe Dichte Probe mit 10 8 QD / cm 2 oder weniger in Abhängigkeit von der Brennfleckgröße. 18 </li></ol></li><li> Montieren Sie die Probe in den Chip-Header. <ol><li> Tragen Sie eine Legierung aus 50% Wismut, 26,7% Blei, 13,3% Zinn und 10% Cadmium auf dem Keramik-Chip-Header. Heizen Sie den Chip unter Verwendung einer Heizplatte, bis die Legierung verflüssigt. Legen Sie den Boden der Probe auf das verflüssigte Legierung es mit dem Chip-Header zu befestigen. Hinweis: Der Boden der Probe eine der Elektroden der Schottky-Diode ist und der Lötstelle an den Chip-Header ist mit einem Stift verbunden. Eine andere alternative zum Anbringen der Probe ist Leitsilber Epoxid. </li></ol></li><li> Halten Sie 40 G Golddraht von einem Punkt (obere Ecke) der Probe auf dem Chip mit einem Stift. <ol><li> Platzieren eines Tropfens von Silberepoxid auf der oberen Ecke der Probe und ein Tröpfchen auf einer der PIN-Pads auf dem Chip. </li><li> Vorsichtig legen den Golddraht in den beiden Tröpfchen. Hinweis: Die oben auf ter Probe ist die andere Elektrode der Schottky-Diode, die zum Anlegen eines elektrischen Feldes ermöglicht. </li></ol></li><li> Montieren Sie den Chip und die Probe in den Kryostaten und sicherstellen, dass die Probe einen guten thermischen Kontakt mit dem Kupferprobenhalter hat. <ol><li> Bewerben Indium Folie zwischen dem Chip und dem kalten Finger des Kryostaten. </li><li> Druck montieren Sie den Chip auf dem kalten Finger. Verwenden Sie zwei Schrauben mit Unterlegscheiben und ziehen Sie sie fest guten thermischen Kontakt mit dem Kryostaten Kupfer kalten Finger zu gewährleisten. </li></ol></li><li> Befestigen Drähte von den Chip-Pins, die sowohl in den oberen und unteren Elektroden auf der Probe verbunden sind. Führen Sie diese Drähte durch den Kryostaten mit dem Source-Meter. Hinweis: Die Quelle Meter legt eine Vorspannung an die Elektroden der Probe, die QD auf ein äußeres elektrisches Feld ausgesetzt wird. </li><li> Evakuieren und bringen den Kryostaten und Probenkammer Vakuum. Starten Sie die Turbopumpe, Evakuieren auf etwa 10 -6 Torr in Vorbereitung auf die Abkühlung des sample. Hinweis: Kühlen und Temperaturregelung für das Experiment mit dem Kryostaten erreicht, die von einem geschlossenen Kreislauf Kühlschrank und einem angeschlossenen Mikroskopie Probenkammer besteht. </li><li> Starten des Kompressors Kryostaten. Erlauben der Kryostat, das System zu kühlen, bis die gewünschte Temperatur erreicht wird. Hinweis: Für die dargestellten Ergebnisse betrug die Temperatur etwa 18 K. Sobald die Probe abgekühlt wird, ist die Einrichtung bereit für die Installation der Optik, die für die optische Messung ermöglicht, genommen werden. </li></ol> 2. Optik-Setup Hinweis: Für alle Prozeduren einrichten, führen Sie den Laser, Quelle Messer, Spektrometer und CCD entweder über die Software, die vom Hersteller oder anderen benutzerdefinierten Programm zur Verfügung gestellt werden. <ol><li> Für PL Sammlung, legen Sie einen großen Arbeitsabstand 50X Mikroskopobjektiv und Kollimationslinse im Einklang mit der Linse, die das PL-Signal auf das Spektrometer fokussiert. Sammeln Sie das Spektrum durch eine 0,75 mmonochromator , wo das Signal von einem 1.100 mm -1 Gitter und detektiert unter Verwendung eines flüssigen Stickstoff gekühlt 1340 x 100 Pixel CCD - Kamera verteilt ist. </li><li> Unter Verwendung einer Weißlichtquelle, beleuchten die Probe. <ol><li> Stellen Sie das Bild der Probe durch eine externe Kamera und Spektrometer von richtig die alle Optik auf der Detektionsseite Ausrichtung (dh Kollimations- und Fokussierlinse) und bei der Wellenlänge Null erhalten ein sauberes scharfes Bild der Probe auf dem Spektrometer CCD. Hinweis: Es ist hilfreich, eine andere externe Bildkamera, um mit Ausrichtung zu helfen und ein scharfes Bild der Probe zu bekommen. </li></ol></li><li> Nachdem die Detektionsseite eingerichtet ist, konzentrieren sich die Laser auf die Probe. Focus der Strahlfleck auf die kleinste Größe möglich auf der Probe durch Verwendung einer Linse. Verwenden Sie einen durchstimmbaren Diodenlaser mit einem Anregungsbereich, der den Grundzustand Übergangsenergien enthält. Stellen Sie den Laser einfall in einem schrägen Winkel zu der Probe. Ein Vorteil der schrägen Einfall istdass es hilft, ein großer Teil des gestreuten Laserlichts loszuwerden. </li><li> Erregt die Probe bei einer höheren nicht-resonanten Energie. Optimal, tun dies, indem spannend bei einer Energie unterhalb der Benetzungsschicht. Für die InAs / GaAs QDMS in dieser Studie entspricht dies 75 meV oder mehr über den Grundzustandsübergänge. </li><li> Führen Sie das Spektrum Erfassungs-Software im Fokus-Modus. Scannen Sie die Probe über den Laserpunkt unter Verwendung eines XY-Translationsstufe, die zu dem Kryostaten Mikroskopie Probengehäuse angebracht ist. Tun Sie dies, bis das Spektrometer CCD die diskreten Linien der Grundzustandsübergänge erfasst. Zentrieren Sie die Erkennung auf einem der QDMS. Hinweis: Sobald ein QDM gefunden wird, wird die optische Einrichtung abgeschlossen. Für die Proben, die die Grundzustandsenergien verwendet werden, sind rund 1.300 meV. </li><li> Generieren Sie eine Bias-Karte. <ol><li> Anwenden eines Potentials über die Source-Meter (Schritt 1.5), die mit den Elektroden auf der Probe; Dies legt eine Vorspannung an die Elektroden wiederum ein elektrisches Feld an die QDM Erzeugens. Hinweis: Der Vorspannungsbereich an die Probe angelegt 0-2 V über die Schottky-Diodenstruktur. Dies ist, wenn das Gerät in Sperrvorspannung ist, und das elektrische Feld begrenzt die Menge von Ladungen in der QDM für die einzelnen Ladungszustände ermöglicht sichtbar sein. </li><li> Nehmen einzelnen Spektren an verschiedenen erhöht Spannungswerte, je nach gewünschter Auflösung dies in der Regel von Hundertstel bis Tausendstel Volt reicht. Kombinieren Sie diese einzelnen Spektren zusammen durch ein eigenes Programm (zB LabView). Hinweis: Das Programm kann leicht codiert werden eine Vielzahl von verschiedenen Programmen verwendet, um den Vektor Spalten der einzelnen Spektren in eine Matrix verbinden, in dem vorgestellten Experiment dies die Daten zusammen in Echtzeit zum Aufnähen hinzugefügt wurde. <ol><li> Klicken Sie auf die Schaltfläche Ausführen einer Vorspannung Karte zu nehmen. Diese Spektren bei einer eingestellten Vorspannung nimmt und es einen Spaltenvektor machen, fügt dann jedes erhöht Bias-Spektren als eine andere Spalte. Hinweis: Dies erzeugt eine Daten matrix, wobei die Intensitätswerte an die PL-Intensität entsprechen, repräsentiert Reihen Energie / Wellenlänge und Spalten an Spannung entsprechen. Die Bias-Karte sollte sichtbar sein, wie es laufen wird, also Live-Feedback über die Qualität der Daten zu ermöglichen. Hinweis: Eine Bias-Karte verschiedene Ladungskonfigurationen und gibt die richtigen Informationen zur Vervollständigung der Einrichtung sowohl der Anregungs- und Detektionswege zu identifizieren hilft. </li></ol></li></ol></li><li> Identifizieren Sie den Übergang, die angeregt werden. Notieren Sie sich die Energie des Übergangs und der Bias Bereich von Interesse. <ol><li> An diesem Punkt entscheiden, wie die Laseranregung wird durch den Übergang abgestimmt werden. Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten, den Laser, um in den Grundzustand Übergang zu erregen: <ol><li> Stimmen Sie die Übergangsenergie durch die Temperatur. 18 </li><li> Verwenden Sie die Stark - Verschiebung des Übergangs Resonanz mit der Laserenergie zu erreichen. 19 Hinweis: Ein nettes Feature der beiden Verfahren, die oben erwähnt is, der eine abstimmbare Laserquelle nicht benötigt wird, da die Übergänge QDM durch einen festen Laserenergie abgestimmt sind. </li><li> Alternativ dazu können Sie eine abstimmbare Laserquelle, die Laserenergien durch den Übergang zu treten. Ein Erfassungssignal vorhanden sein wird, wenn der Laser mit dem Übergang in Resonanz ist, ergibt dies die Messung seiner Laser begrenzte spektrale Auflösung. Dies wird der Fokus für den Rest des Protokolls sein. </li></ol></li></ol></li><li> Mit dem Übergang gesetzt identifiziert und die experimentellen Parameter, wählen Sie beide Anregungs- und Detektions Energien für die Messung. <ol><li> Wählen Sie die Anregungsenergie als die des Übergangs. Wählen Sie die Erkennung als die Energie des angeregten Übergang minus der Energie der longitudinalen optischen (LO) Phononen mit der Halbleiterlegierung verbunden. diese Werte verwenden, wählen Sie die richtigen Kantenpassfilter für die Messung; sie müssen in Cutoffs zwischen den Anregungs- und Detektions Energien haben. Hinweis: Für die Experimental Ergebnisse vorgestellt, die neutrale Grundzustand Exziton die angetriebene Übergang in 3, bei 1,301.7 meV und die -1 LO Phonon Emission bei 1266 meV, entsprechend 952,5 nm und 979,3 nm bzw. angeordnet beobachtet gezeigt war. Wir daher eine 960 nm Kurzpassfilter für das Anregungs verwenden und ein 960 nm Langpassfilter für die Detektion. Interferenzkantenfilter sind für diesen Zweck ideal, da sie durch Einstellen des Winkels eingestellt werden kann. </li></ol></li><li> Stellen Sie den Laser bei der Übergangsenergie von Interesse zu erregen, die einfach durch Eingabe der gewünschten Laserwellenlängenwert in dem entsprechenden Eingabefeld auf der Vorderseite des Lasersteuersoftware durchgeführt wird. </li><li> Die Mittenwellenlänge auf dem vorbestimmten Wert der LO -1 Photonenemission zu überwachen, indem die gewünschte Mittenwellenlängenwert in dem entsprechenden Eingabefeld auf der Frontblende des Spektrometers Steuerungssoftware eingeben. Hinweis: Die -1 LO Photonenemission für InAs / GaAs ist ca.oximately 36 meV unterhalb des Exzitonenübergang, die angeregt werden. </li><li> Mit der Kamera-Software starten Sammlung mit dem CCD durch das Spektrum Erfassungssoftware im kontinuierlichen Modus ausgeführt wird durch den Fokus-Modus-Taste klicken. Ein Signal sollte sichtbar sein oder noch von der Laser-Streulicht versteckt werden könnten. </li><li> Maximieren Sie das Signal. Kritischste Schritt: Stellen Sie den Anregungs Kurzpaßfilter, durch leicht sein Winkel so eingestellt wird, dass es die richtige Wellenlänge Cutoff hat. Hinweis: Der optimale Winkel wird hergestellt, indem das Signal überwachen, während der Winkel des kurzen Passfilter einstellen. Durch Ändern des Winkels des Filters ändert sich die Grenzwellenlänge. Der Schlüssel ist, um sicherzustellen, dass so viel Laserlicht wie möglich aus der Sammlung unterdrückt. </li></ol> 3. Quasi-Resonanz-Messaufbau <ol><li> Stellen Sie experimentellen Parameter auf die Computersteuerung mit dem Hauptbildschirm des kundenspezifische Software. Um dies zu tun, starten Sie die Sammlung Programm und klicken Sie auf the Schritt Polarization, Temp, oder WL-Registerkarte. Dies setzt alle experimentellen Werte und einmal laufen, sammelt Daten über die verschiedenen Parameter. Hinweis: Für unser Experiment Daten nehmen alle Computer-Kontrollen wurden benutzerdefinierte programmiert. Der Schlüssel ist es, eine Software oder Programmierung der Lage, die Mittenwellenlänge des Spektrometers einzustellen, die CCD und Source Meter steuern und um die Laserenergie durch den Übergangsschritt, während eine Reihe von Spektren bei unterschiedlichen Vorspannungen zu sammeln. <ol><li> Geben Sie den etablierten Laserenergiebereich, die der Laser-Scan durch wird: von etwa 50 μeV über der neutralen Exzitonenübergang Energie von 1,301.7 meV bis 50 μeV unten. Stellen Sie die anfängliche Wellenlänge den Scan mit dem &quot;Desired WL (nm)&quot; Feld zu starten. Stellen Sie das Ende des Lasers abzutasten ( &quot;End Motor Unit&quot;). </li><li> Stellen Sie den Bias-Bereich, die die Quelle Meter durch Klicken auf die &quot;Voltage Settings&quot; einfach durch wird. Stellen Sie den Start Bias value ( &quot;Voltage Start (V)&quot;), das Ende Vorwert &quot;Voltage End (V)&quot; und die Bias-Schrittgröße &quot;Voltage Schritt (V)&quot;. Hier gescannt die Bias-Bereich war 1,68-1,82 V. </li><li> Geben Sie die Integrationszeit durch einen Klick auf den &quot;Camera Settings&quot; gewählt. Stellen Sie die Integrationszeit für die CCD unter &quot;Exposure (s)&quot; (siehe 3.3 zu Schritt). Wählen Sie eine angemessene Integrationszeit für die CCD. Experimentieren Sie mit der Integrationszeit ein gutes Signal zu erhalten. Je größer die Integrationszeit die bessere Signalmittelung , die erhältlich ist. 20 Hinweis: Die Integrationszeiten für das Experiment verwendet wurden, waren 10 Sek. Jedoch kann Integrationszeiten als 0,5 sec so niedrig sein, abhängig von der Stärke des Signals PL. Manchmal ist es nicht einmal notwendig, das Signal in einzelnen Scans zu sehen, aber die Spektren zusammen die Datensummation sowie die Fähigkeit des Auges beim Vernähen zu interpolieren, werden die Übergänge in der Photolumineszenz-Anregung (PLE) map offenbaren. </li&gt; </ol></li></ol> 4. Datenerfassung <ol><li> Sobald die experimentellen Parameter festgelegt werden, das Experiment zu beginnen. Starten Sie Sammlung durch den Run-Button klicken. Hinweis: Bei jeder Laserenergie variiert die Software die Vorspannung ein Spektrum und ein Hintergrundspektrum nehmen. Dies wird für jede Bias Schritt erfolgen. Dann wird die Laserenergie variiert wird und der Prozess wird fortgesetzt, bis der gesamte Bereich gewählt abgeschlossen ist. </li><li> Post-Prozess die Daten. <ol><li> Nehmen die zusätzlichen Hintergrund-Scans, der am Ende eines jeden Bias Karte entnommen und subtrahieren den Mittelwert von jeder der Bias-Spalten. Verwenden Sie ein Untergrundsubtraktion Programm oder ein Programm schreiben, das die Hintergrund Spalten nimmt, mittelt diese zusammen und ziehen Sie diese Hintergrundspektren von jeder Voreingenommenheit Spalte in der Datenmatrix gemittelt. Hinweis: Siehe Zusatzcode-Datei für das Programm verwendet in unserem Labor. Hinweis: Dies beseitigt andere Störsignale, die durch das verbleibende gestreute Laserlicht, stark im,Nachweis der Bias-Karte. </li></ol></li><li> Analysieren Sie die Daten. <ol><li> Zum Beispiel können die charakteristischen Parameter der Spektrallinie zu extrahieren , eine mathematische Anpass - Software verwenden , um eine Lorentz - Einbau an jedem Bias slice der PL Karte auszuführen. 21 Wenn der Anpassungsprozedur alle Informationen abgeschlossen ist in den Koeffizienten des Beschlages so sein wird wie die maximale Intensität, spektralen Lage und FWHM. </li></ol></li></ol>

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	<li>Germanis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Piezoelectric+InAs/GaAs+quantum+dots+with+reduced+fine-structure+splitting+for+the+generation+of+entangled+photons.">Piezoelectric InAs/GaAs quantum dots with reduced fine-structure splitting for the generation of entangled photons.</a> Phys. Rev. B. 86, 1-4 (2012).</li><li>Valenti, J. A., Fischer, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+Properties+of+Cool+Stars+(SPOCS).+I.+1040+F,+G,+and+K+Dwarfs+from+Keck,+Lick,+and+AAT+Planet+Search+Programs.">Spectroscopic Properties of Cool Stars (SPOCS). I. 1040 F, G, and K Dwarfs from Keck, Lick, and AAT Planet Search Programs.</a> ApJ. 159, 141-166 (2005).</li><li>Oetiker, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Searching+for+Companions+to+Late+Type+M+Stars.">Searching for Companions to Late Type M Stars.</a> .Astro. Soc. Pac. Conf. Ser. 212, (2000).</li><li>Seguin, R., Rodt, S., Schliwa, A., Potschke, K., Pohl, U. W., Bimberg, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size-dependence+of+anisotropic+exchange+interaction+in+InAs/GaAs+quantum+dots.">Size-dependence of anisotropic exchange interaction in InAs/GaAs quantum dots.</a> Phys. Status Solidi B. 243 (15), 3937-3941 (2006).</li><li>Belhadj, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Polarization+Eigenstate+of+a+Quantum+Dot+Exciton+with+Light.">Controlling the Polarization Eigenstate of a Quantum Dot Exciton with Light.</a> Phys. Rev. Lett. 103 (1-4), (2009).</li><li>Ulrich, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+single+quantum+dot+emission+characteristics+and+fine+structure+by+lateral+electric+fields.">Control of single quantum dot emission characteristics and fine structure by lateral electric fields.</a> Phys. Status Solidi B. 246 (2), 302-306 (2009).</li><li>Vamivakas, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+spin-dependent+quantum+jumps+via+quantum+dot+resonance+fluorescence.">Observation of spin-dependent quantum jumps via quantum dot resonance fluorescence.</a> Nature. 467, 297-300 (2010).</li><li>Poem, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+sensitive+spectroscopy+of+charged+quantum+dots.">Polarization sensitive spectroscopy of charged quantum dots.</a> Phys. Rev. B. 76, (2007).</li><li>Flagg, E. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonantly+driven+coherent+oscillations+in+a+solid-state+quantum+emitter.">Resonantly driven coherent oscillations in a solid-state quantum emitter.</a> Nature Phys. 5, 203-207 (2009).</li><li>Scheibner, M., Bacher, G., Forchel, A., Passow, T., Hommel, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+Dynamics+in+CdSe/ZnSe+Quantum+Dots:+Resonant+vesus+Nonresonant+Excitation.">Spin Dynamics in CdSe/ZnSe Quantum Dots: Resonant vesus Nonresonant Excitation.</a> J. Supercond. Nov. Magn. 16 (2), 395-398 (2003).</li><li>Faelt, S., Atature, M., Tureci, H. E., Zhao, Y., Badolato, A., Imamoglu, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+electron-hole+exchange+in+coherently+coupled+quantum+dots.">Strong electron-hole exchange in coherently coupled quantum dots.</a> Phys. Rev. Lett. 100, 1-4 (2008).</li><li>Vamivakas, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strong+Extinction+of+a+Far-Field+Laser+Beam+by+a+Single+Quantum+Dot.">Strong Extinction of a Far-Field Laser Beam by a Single Quantum Dot.</a> Nano Letters. 7 (9), 2892-2896 (2007).</li><li>Scheibner, M., Economou, S., Ponomarev, I. V., Jennings, C., Bracker, A., Gammon, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-Photon+Absorption+by+a+Quantum+Dot+Pair.">Two-Photon Absorption by a Quantum Dot Pair.</a> Phys. Rev. B. 92, (2015).</li><li>Palik, E. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Optical Constants of Solids. Vols. I and II. , (1985).</li><li>Kerfoot, M. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optophononics+with+Coupled+Quantum+Dots.">Optophononics with Coupled Quantum Dots.</a> Nat. Commun. 5, 1-6 (2013).</li><li>Scheibner, M., Bracker, A. S., Kim, D., Gammon, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Essential+concepts+in+the+optical+properties+of+quantum+dot+molecules.">Essential concepts in the optical properties of quantum dot molecules.</a> Solid State Commun. 149, 1427-1435 (2009).</li><li>Bracker, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+electron+and+hole+tunneling+with+asymmetric+InAs+quantum+dot+molecules.">Engineering electron and hole tunneling with asymmetric InAs quantum dot molecules.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 1-3 (2006).</li><li>Doty, M. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrically+Tunable+g+Factors+in+Quantum+Dot+Molecular+Spin+States.">Electrically Tunable g Factors in Quantum Dot Molecular Spin States.</a> Phys. Rev. Lett. 97, 1-4 (2006).</li><li>Stinaff, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Signatures+of+Coupled+Quantum+Dots.">Optical Signatures of Coupled Quantum Dots.</a> Science. 311, 636-639 (2006).</li><li>Tkachenko, N. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optical Spectroscopy: Methods and Instrumentations. , (2006).</li><li>Hecht, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Optics. , (2014).</li><li>O'Donnell, K. P., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+dependence+of+semiconductor+band+gaps.">Temperature dependence of semiconductor band gaps.</a> Appl. Phys. Lett. 58, 2924-2926 (1991).</li><li>Stinaff, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Polarization+dependent+photoluminescence+of+charged+quantum+dot+molecules.">Polarization dependent photoluminescence of charged quantum dot molecules.</a> Phys. Stat. Sol. (c). 5 (7), 2464-2468 (2008).</li><li>Jelezko, F., Wrachtrup, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+defect+centres+in+diamond:+A+review.">Single defect centres in diamond: A review.</a> Phys. Stat. Sol. (a). 203 (13), 3207-3225 (2006).</li><li>Doherty, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+nitrogen-vacancy+colour+centre+in+diamond.">The nitrogen-vacancy colour centre in diamond.</a> Physics Reports. 528 (1), 1-45 (2013).</li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

The above instructions demonstrate the phonon-assisted quasi-resonance spectroscopy method. By exciting into a QD discrete state, one can monitor the phonon emission line, achieving high resolutions. In the example provided, by using phonons it is even possible to resolve the lifetime-limited linewidth of the neutral exciton visible in experiments. The method is easy to incorporate into existing PL spectroscopy setups. As mentioned, once the energy of the desired transition line is identified via non-resonant spectroscop...

Eine hohe Auflösung ist der Schlüssel zu neuem Wissen zu erschließen. Mit diesem Wissen können neue Technologien wie bessere Sensoren entwickelt werden, so, präziser Herstellung von Werkzeugen und effizienter Recheneinrichtungen. Die Erzeugung dieser Schlüssel, kommt jedoch oft mit hohen Kosten von Ressourcen, Zeit oder beides. Dieses Problem wird in allen Skalen von den Atomphysik allgegenwärtig der Lösung der hob Entartungen von Elektronen in die Astronomie dreht , wo eine kleine spektrale Verschiebung auf die Erfassung von Planeten neben fernen Sternen führen kann. 1,2,3 Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf einem Standard-Spektrometer Setup verwenden und das zeigt, wie es spektrale Merkmale unterhalb seiner Auflösungsgrenze lösen können, vor allem im Hinblick auf den Bereich der Halbleiter-Optik. Das Beispiel dargestellt ist , dass der anisotrope Elektron-Loch (eh) Austauschaufspaltung in InAs / GaAs Quantenpunkten (QD), die in der Größenordnung von wenigen μeV ist. 4 Die Auflösungsgrenze des Spektrometers cein durch die Kombination von Standard-PL und Laserspektroskopietechniken überwunden werden. Diese Methode der quasi-Resonanzfluoreszenz hat den zusätzlichen Vorteil der Laser begrenzte Auflösung Erzielung einer alltäglich einstufigen Spektrometers. Eine herkömmliche optische Spektroskopiesystem für Einzel QD PL-Spektroskopie besteht aus einem einstufigen 0,3-0,75 m Monochromator und einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) -Detektor zusammen mit einer Anregungslaserquelle und Optik. Ein solches System ist im besten Fall mit einem Auflösevermögen 50 μeV im nahen Infrarotspektrum um 950 nm. Auch bei der Verwendung von statistischen und Entfaltungstechniken, wie ein einzelner Monochromator Einrichtung ist nicht in der Lage die Lösung weniger als 20 μeV in PL - Messungen. 5 Diese Auflösung auch unter Verwendung eines Dreifach - Spektrometers verbessert werden kann, in triple additive Modus, in dem das Spektrum nacheinander durch alle drei Gittern dispergiert sind. Die Dreifach-Spektrometer hat den Vorteil einer erhöhten Auflösung, der fähig Auflösungsrund 10 μeV. In einer alternativen Ausgestaltung triple subtraktiven Modus werden die ersten zwei Gitter verhalten sich wie ein Bandpassfilter, das zusätzliche Merkmal des Gebens der Lage, die Anregung und Detektion von weniger als 0,5 meV voneinander zu trennen. Der Nachteil des Dreifach-Spektrometers ist, dass es ein teures System. Bevor das Verfahren von Interesse präsentieren, diskutieren wir kurz andere experimentelle Ansätze, die mit zusätzlicher Komplexität, erzielen bessere spektrale Auflösung und sind in der Lage, die Feinstruktur von einzelnen QD zu lösen. Elemente dieser Verfahren sind die für die vorgestellten Verfahren. Ein solches Verfahren ist die Zugabe eines Fabry-Perot - Interferometer (FPI) in der Detektionspfad eines einzelnen Spektrometer - Setup. 6 Mit dieser Methode die Auflösung durch die Finesse des FPI eingestellt ist. Somit wird das Spektrometer die Auflösung auf 1 μeV verbesserte sich auf Kosten der zusätzlichen Komplexität und geringere Signalintensität. 7 Das Interferometer Verfahren ändert sich auch die allgemeine operation des Spektrometers mit der CCD-Kamera, werden effektiv eine einzige Punktdetektor und der Abstimmbereich durch verschiedene Energien wird durch Einstellen des FPI Hohlraum selbst erreicht. Resonanzfluoreszenz (RF) -Spektroskopie, ein weiteres Verfahren, bei dem ein einzelner optischer Übergang beide erregt und überwacht bietet auch das Versprechen von hochauflösenden Spektroskopie. Die spektrale Auflösung ist nur durch die Laserlinienbreite begrenzt und hält die CCD als ein Mehrkanal-Detektor, wobei nicht nur ein Sensor das Signal erfasst, aber eine Anzahl von CCD-Pixeln. Diese mehrkanaligen Detektion ist in Bezug auf die Signalmittelung vorteilhaft. Die Herausforderung bei der RF-Spektroskopie Trennen des PL-Signal von dem größeren Hintergrund des Laserlichts gestreut, insbesondere wenn an der einzelnen QD Ebene zu messen. Eine Anzahl von Techniken kann verwendet werden , um das Verhältnis von Signal zu gestreuten Laserlichts zu verringern, die umfassen entweder Polarisations 8, 9 oder räumliche zeitliche Trennung 10der Anregung und Detektion. Die erste ist , hohe Extinktion Polarisatoren verwenden , um das Streulicht zu unterdrücken, aber dieses Verfahren hat den nachteiligen Ausgangs Polarisationsinformation von dem PL zu verlieren. 8 Ein weiteres mögliches Verfahren Resonanzfluoreszenz zu erhalten , wird Halbleitersysteme zu konstruieren, die optische Hohlräume gekoppelt sind , wo die Anregungs- und Detektionswegen sind räumlich voneinander getrennt. Dadurch entfällt das Problem der mit dem PL-Signal von dem großen Laser Hintergrund zu lösen. Jedoch ist dieses Verfahren auf komplizierte Probenherstellungs beschränkt , die im allgemeinen ressourcenintensiv ist. 9 Eine andere Klasse von Methoden, die auch in der Lage ist Minute Energieunterschiede zu lösen, ist die von reinem Laserspektroskopie, wie Differentialgetriebe, das den Vorteil der Erzielung Laserbegrenzte Auflösung mit vollständiger Polarisationsinformation aufweist. Dieses Verfahren erfordert typischerweise Lock-in-Erkennung winziger Änderungen in der trans zu beobachtenMission Signal im Vergleich zu dem des großen Laser Hintergrund. 11 In letzter Zeit Fortschritte in der Nanofabrikations zu einer Erhöhung des Anteils von Laserlicht geführt haben , die mit der QD (n) auf Werte bis zu 20% fest, indem man entweder Index angepassten interagiert Tauch Linsen oder die Punkte in photonischer Kristall - Wellenleiter eingebettet werden . 12 Obwohl diese Verfahren die Fähigkeit zur Erzielung einer hohen Energieauflösung aufweisen, kommen sie auf Kosten der teuren Ausrüstung, komplexe Probenherstellung und Informationsverlust. Das Verfahren in dieser Arbeit verbindet Elemente aus diesen drei Methoden ohne die Komplexität in der Instrumentierung oder Probenherstellung zu einem regulären PL-Setup hinzufügen. Neuere Arbeiten haben mit einem Triple - Spektrometersystem subtraktiven Modus gezeigt , dass es möglich ist , den Singulett-Triplett - Feinstruktur im Zwei-Photonen - Übergang Spektrum eines Quantenpunkt - Molekül (QDM). 13 der beteiligten Energieaufspaltung in der Größenordnung zu visualisierenvon einigen bis einigen zehn μeV wurden unter Verwendung eines dreifachen subtraktiven Modus gelöst, die die Übergänge resonant und erkennen innerhalb von weniger als einer meV zu erregen erlaubt. Die spektrale Information wurde durch die Überwachung unter dem Übergang extrahiert mit akustischen Phononen und andere tiefer liegende Exzitonen-Übergänge. Dieses Verfahren kann auch die anisotrope eh Austauschaufspaltung und sogar die Lebensdauer begrenzte Linienbreite des Exzitonenübergang von 8 μeV und 4 μeV jeweils wie in Abbildung 1 zu sehen zu lösen angewendet werden. Ähnlich zu diesem Ergebnis, wird dieses Papier konzentrieren sich auf einfache Spektrometer-Setup, das besitzen Methoden viele der Vorteile, die die anderen hohen Auflösung übernehmen wird. Zusätzlich wird die CCD als ein Mehrkanaldetektor sein. Der experimentelle Aufbau kann auch relativ kostengünstig im Vergleich zu anderen hochauflösende Spektroskopie Methoden gehalten werden, und hat den zusätzlichen Vorteil der Einzelpunktkorrelationsmessungen zu erreichen, leicht modifiziert werden. Im Gegensatz zu dem Ergebnis, using akustischen Phononen und ein Triple-Spektrometer, ist die zugrunde liegende Taste Verwendung des LO-Phonon-Satelliten mit den Halbleitern und verwandten Legierungen assoziiert zu machen, die Halbleiterproben bilden. Der Energieabstand zwischen LO-Phonon - Satelliten und dem Null-Phonon - Linie (ZPL) in der Größenordnung von einigen zehn meV für solche Proben, so dass die Verwendung eines einstufigen Spektrometers. 14 Diese Energieabstand für die Verwendung der vorgeschlagenen quasi ermöglicht -Resonanz-Spektroskopieverfahren nach resonant einen Übergang und Überwachung unter der Anregung durch eine Energie gleich einem LO Phonon antreibt. Diese Technik ist analog zu der von PL Anregungs wo man in einen angeregten Übergang anregt und überwacht den Grundzustandsübergang. 15 die Trennung zwischen dem Übergang angeregt wird , und dass der LO-Phonon - Satelliten ermöglicht die Verwendung von Kantenpassfiltern der zu unterdrücken , elastisch gestreute Licht. Diese Methode der Phonon-Satelliten unter Verwendung ermöglicht Laser-Linienbreite begrenzte Auflösungresonant spannend ist, da der Übergang typischerweise die einzige Zeit, die die LO-Phonon-Satelliten Emission sichtbar wird.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1542">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Tunable Diode Laser DL pro</td>
			<td style="width:399px;">Toptica Photonics</td>
			<td style="width:459px;">DL Pro</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Closed Cycle Cryogen Free Refrigerator System for Microscopy</td>
			<td style="width:399px;">Cryo Industries of America Inc.</td>
			<td style="width:459px;">Cryocool G2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Sourcemeter</td>
			<td style="width:399px;">Keithley&#160;</td>
			<td style="width:459px;">2611a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">50x Mitutoyo Plan Apo NIR Infinity-Corrected Objective</td>
			<td style="width:399px;">Mitutoyo America Corporation</td>
			<td style="width:459px;">378-825-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Turbo pump</td>
			<td style="width:399px;">Pfeiffer Vacuum</td>
			<td style="width:459px;">HiPace 80</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">NIR coated Mirrors&#160;</td>
			<td style="width:399px;">Thor labs</td>
			<td style="width:459px;">BB1-E03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Polarizers&#160;</td>
			<td style="width:399px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:459px;">LPNIR050-MP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">200mm AR coated Achromatic lens&#160;</td>
			<td style="width:399px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:459px;">AC254-200-B-ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">100mm AR coated Achromatic lens&#160;</td>
			<td style="width:399px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:459px;">AC254-100-B-ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">960 Long pass filter</td>
			<td style="width:399px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:459px;">960aelp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">960 Short pass filter</td>
			<td style="width:399px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:459px;">960aesp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Liquid Crystal Variable Retarder</td>
			<td style="width:399px;">Meadowlark Optics</td>
			<td style="width:459px;">LVR-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">0.75m Spectrometer Acton SpectraPro</td>
			<td style="width:399px;">Princeton Instruments</td>
			<td style="width:459px;">Trivista</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Liquid Nitrogen Cooled Camera&#160;</td>
			<td style="width:399px;">Princeton Instruments</td>
			<td style="width:459px;">7508-0002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">External Camera</td>
			<td style="width:399px;">Watec</td>
			<td style="width:459px;">Wat-902H Ultimate</td>
			<td>Optional</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Ostoalloy</td>
			<td style="width:399px;">Lake Shore Cryotronics</td>
			<td style="width:459px;">Ostalloy 158</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Gold wire (40 gauge)</td>
			<td style="width:399px;">Surepure Chemetals</td>
			<td style="width:459px;">Au-Wire-03-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Silver Epoxy</td>
			<td style="width:399px;">A.I. Technology</td>
			<td style="width:459px;">Prima-Solder EG8020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:517px;">Program Software&#160;</td>
			<td style="width:399px;">National Instruments&#160;</td>
			<td style="width:459px;">LabView</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high resolution phonon-assisted quasi-resonance fluorescence spectroscopy

Hochauflösende optische Spektroskopieverfahren sind entweder in Bezug auf Technologie, Ausrüstung, Komplexität, Zeit oder einer Kombination aus diesen anspruchsvoll. Hier zeigen wir eine optische Spektroskopieverfahren, die zur Lösung von spektralen Merkmale darüber hinaus, dass der Spin-Feinstruktur und homogene Linienbreite von einzelnen Quantenpunkten (QP) unter Verwendung eines Standard, einfach zu bedienendes Spektrometer Setup-fähig ist. Dieses Verfahren umfasst sowohl Laser- und Photolumineszenzspektroskopie, den Vorteil der Laserlinienbreite begrenzten Auflösung mit Mehrkanal-Photolumineszenz Detektions kombiniert. Ein solches System ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Auflösung gegenüber einem gemeinsamen Spektrometer einstufig. Das Verfahren verwendet Phononen in der Messung der Photolumineszenz eines einzelnen Quantenpunkts nach resonante Anregung seiner Grundzustandsübergang zu unterstützen. Die Energiedifferenz der Phononen kann man zu trennen und das Laserlicht Anregung der Quantenpunkt auszufiltern. Eine vorteilhafte fetur dieser Methode ist, seine geradlinig Integration in Standard-Spektroskopie-Setups, die für die meisten Forscher zugänglich sind.

Die Ergebnisse in den vorgelegten Zahlen zeigen die hohe Auflösungsvermögen von Phononen, um bei der PL Messung. Die schematische Darstellung (2) zeigt , dass mit Ausnahme der Kantenpassfilter sowohl Anregung und Detektion, die experimentelle Aufbau bleibt ein Standard - Spektroskopie Aufbau mit der optionalen Zugabe von Polarisationssteuerung. Der Vergleich mit einer einzelnen und dreifachen Spektrometer (Bild. 3) das Bild der Phonon-unterstützte gro...

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High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup.

Hohe Auflösung Phonon-unterstützte Quasi- Resonanzfluoreszenzspektroskopie

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

high-resolution-phonon-assisted-quasi-resonance-fluorescence

Research

JoVE Journal

Engineering

7.4K Aufrufe.  University of California, Merced. The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup. 

Serie: High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses triangulation between matching points in two views of the same scene at different angles to compute depth.&#160;However, unlike a stereo-based method, DFP uses a digital video projector to replace one of the cameras1. The projector rapidly projects a known sinusoidal pattern onto the subject, and the surface of the subject distorts these patterns in the camera&#8217;s field of view. Three distorted patterns (fringe images) from the camera can be used to compute the depth using triangulation.
Unlike other 3D measurement methods, DFP techniques lead to systems that tend to be faster, lower in equipment cost, more flexible, and easier to develop.&#160;DFP systems can also achieve the same measurement resolution as the camera.&#160;For this reason, DFP and other digital structured light techniques have recently been the focus of intense research (as summarized in1-5). Taking advantage of DFP, the graphics processing unit, and optimized algorithms, we have developed a system capable of 30&#160;Hz 3D video data acquisition, reconstruction, and display for over 300,000 measurement points per frame6,7.&#160;Binary defocusing DFP methods can achieve even greater speeds8.
Diverse applications can benefit from DFP techniques. Our collaborators have used our systems for facial function analysis9, facial animation10, cardiac mechanics studies11, and fluid surface measurements, but many other potential applications exist.&#160;This video will teach the fundamentals of DFP techniques and illustrate the design and operation of a binary defocusing DFP system.

This video describes the fundamentals of digital fringe projection techniques, which provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;It also demonstrates the design and operation of a high-speed binary defocusing system based on these techniques.

High-Auflösung, High-Speed-, Three-dimensional Imaging mit Digital-Video-Streifenprojektionstechnik

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Forschung

Ingenieurwesen

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular organelles 2,3, as well as for high spatial and temporal resolution readout of their position relative to the center of the trap. The system described herein has one such "traditional" trap operating at 980 nm. It additionally provides a second optical trapping system that uses a commercially available holographic package to simultaneously create and manipulate complex trapping patterns in the field of view of the microscope 4,5 at a wavelength of 1,064 nm. The combination of the two systems allows for the manipulation of multiple refractive objects at the same time while simultaneously conducting high speed and high resolution measurements of motion and force production at nanometer and piconewton scale.

The system described herein employs a traditional optical trap as well as an independent holographic optical trapping line, capable of creating and manipulating multiple traps. This allows for the creation of complex geometric arrangements of refractive particles while also permitting simultaneous high-speed, high-resolution measurements of the activity of biological enzymes.

Bau einer Hohe Auflösung Mikroskop mit Konventionelle und Holographic Optical Trapping Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Synthese und Mikrodiffraktion bei extremen Drücken und Temperaturen

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Scanning-Probe-Einzel-Elektronen-Spektroskopie Kapazität

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states are indeed the resources for implementing various protocols, ranging from enhanced metrology to quantum communication and computing. A variety of devices can be used to generate non-classical states, such as single emitters, light-matter interfaces or non-linear systems3. We focus here on the use of a continuous-wave optical parametric oscillator3,4. This system is based on a non-linear &#967;2 crystal inserted inside an optical cavity and it is now well-known as a very efficient source of non-classical light, such as single-mode or two-mode squeezed vacuum depending on the crystal phase matching. 
Squeezed vacuum is a Gaussian state as its quadrature distributions follow a Gaussian statistics. However, it has been shown that number of protocols require non-Gaussian states5. Generating directly such states is a difficult task and would require strong &#967;3 non-linearities. Another procedure, probabilistic but heralded, consists in using a measurement-induced non-linearity via a conditional preparation technique operated on Gaussian states. Here, we detail this generation protocol for two non-Gaussian states, the single-photon state and a superposition of coherent states, using two differently phase-matched parametric oscillators as primary resources. This technique enables achievement of a high fidelity with the targeted state and generation of the state in a well-controlled spatiotemporal mode.

We describe the reliable generation of non-Gaussian states of traveling optical fields, including single-photon states and coherent state superpositions, using a conditional preparation method operated on the non-classical light emitted by optical parametric oscillators. Type-I and type-II phase-matched oscillators are considered and common procedures, such as the required frequency filtering or the high-efficiency quantum state characterization by homodyning, are detailed.

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

Free-form Light Actuators &#8212; Fabrication and Control of Actuation in Microscopic Scale

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted researchers&#39; attention in many fields. Most of the studies focused on macroscopic LCE structures (films, fibers) and their miniaturization is still in its infancy. Recently developed lithography techniques, e.g., mask exposure and replica molding, only allow for creating 2D structures on LCE thin films. Direct laser writing (DLW) opens access to truly 3D fabrication in the microscopic scale. However, controlling the actuation topology and dynamics at the same length scale remains a challenge.
In this paper we report on a method to control the liquid crystal (LC) molecular alignment in the LCE microstructures of arbitrary three-dimensional shape. This was made possible by a combination of direct laser writing for both the LCE structures as well as for micrograting patterns inducing local LC alignment. Several types of grating patterns were used to introduce different LC alignments, which can be subsequently patterned into the LCE structures. This protocol allows one to obtain LCE microstructures with engineered alignments able to perform multiple opto-mechanical actuation, thus being capable of multiple functionalities. Applications can be foreseen in the fields of tunable photonics, micro-robotics, lab-on-chip technology and others.

Here, we fabricate 3D polymeric micro/nano structures in which both the shape and the molecular alignment can be engineered with nanometer scale accuracy by the use of direct laser writing. Light induced deformation of several types of liquid crystalline elastomer microstructures can be controlled in the microscopic scale.

Freiform-Lichtaktoren - Herstellung und Steuerung der Betätigung in mikroskopischer Skala

Liquid crystalline elastomers (LCEs) are smart materials capable of reversible shape-change in response to external stimuli, and have attracted ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

Hochauflösende Thermal Micro-Bildgebung Europiumchelatlösung Lumineszente Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists chiefly of velocity and temperature readings, both ideally having high spatial and temporal resolution to facilitate rigorous code validation. While high resolution velocity data is readily obtained through optical measurement techniques such as particle image velocimetry, it has proven difficult to obtain temperature data with similar resolution. Traditional sensors such as thermocouples cannot fill this role, but the recent development of distributed sensing based on Rayleigh scattering and swept-wave interferometry offers resolution suitable for CFD code validation work. Thousands of temperature measurements can be generated along a single thin optical fiber at hundreds of Hertz. Sensors function over large temperature ranges and within opaque fluids where optical techniques are unsuitable. But this type of sensor is sensitive to strain and humidity as well as temperature and so accuracy is affected by handling, vibration, and shifts in relative humidity. Such behavior is quite unlike traditional sensors and so unconventional installation and operating procedures are necessary to ensure accurate measurements. This paper demonstrates implementation of a Rayleigh scattering-type distributed temperature sensor in a thermal mixing experiment involving two air jets at 25 and 45 &#176;C. We present criteria to guide selection of optical fiber for the sensor and describe installation setup for a jet mixing experiment. We illustrate sensor baselining, which links readings to an absolute temperature standard, and discuss practical issues such as errors due to flow-induced vibration. This material can aid those interested in temperature measurements having high data density and bandwidth for fluid dynamics experiments and similar applications. We highlight pitfalls specific to these sensors for consideration in experiment design and operation.

We demonstrate use of a fiber optic distributed sensor for mapping the temperature field of mixing air jets. The Rayleigh scattering-based sensor generates thousands of data points along a single fiber to provide exceptional spatial resolution that is unattainable with traditional sensors such as thermocouples.

Temperaturfeldzuordnung Glasfaser verteilten Sensoren für hochauflösendes

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Applying X-ray Imaging Crystal Spectroscopy for Use as a High Temperature Plasma Diagnostic

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line intensity ratios. By using a Johann spectrometer viewing the plasma, it is possible to construct profiles of plasma parameters such as density, temperature, and velocity with good spatial and time resolution. However, benchmarking atomic code modeling of X-ray spectra obtained from well-diagnosed laboratory plasmas is important to justify use of such spectra to determine plasma parameters when other independent diagnostics are not available. This manuscript presents the operation of the High Resolution X-ray Crystal Imaging Spectrometer with Spatial Resolution (HIREXSR), a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma. In addition, this manuscript covers a laser blow-off system that can introduce such ions to the plasma with precise timing to allow for perturbative studies of transport in the plasma.

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas. This manuscript presents the operation of a high wavelength resolution spatially imaging X-ray spectrometer used to view hydrogen- and helium-like ions of medium atomic number elements in a tokamak plasma.

Anwenden von Röntgen Imaging Kristall Spektroskopie für den Einsatz als Hochtemperatur-Plasmadiagnose

X-ray spectra provide a wealth of information on high temperature plasmas; for example electron temperature and density can be inferred from line ...

Detecting the Water-soluble Chloride Distribution of Cement Paste in a High-precision Way

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a high-precision chloride profile. Firstly, paste specimens are molded, cured, and exposed to cyclic wet-dry conditions. Then, powder samples at different specimen depths are grinded when the exposure age is reached. Finally, the water-soluble chloride content is detected using a silver nitrate titration method, and chloride profiles are plotted. The key to improving the accuracy of the chloride distribution along the depth is to exclude the error in the powderization, which is the most critical step for testing the distribution of chloride. Based on the above concept, the grinding method in this protocol can be used to grind powder samples automatically layer by layer from the surface inward, and it should be noted that a very thin grinding thickness (less than 0.5 mm) with a minimum error less than 0.04 mm can be obtained. The chloride profile obtained by this method better reflects the chloride distribution in specimens, which helps researchers to capture the distribution features that are often overlooked. Furthermore, this method can be applied to studies in the field of cement-based materials, which require high chloride distribution accuracy.

A protocol for obtaining a water-soluble chloride profile by using a high precision milling method is presented.

Die wasserlöslichen Chlorid Verteilung der Zementleim erkennen auf präzise Weise

To improve the accuracy of the chloride distribution along the depth of cement paste under cyclic wet-dry conditions, a new method is proposed to obtain a ...