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

PRECAUCIÓN: por favor, ser conscientes de los posibles peligros de dispersión láser durante la alineación. Use anteojos de seguridad apropiados para la protección. Para facilitar el proceso de alineación, es necesario un visor de infrarrojos (IR-espectador). Una tarjeta fluorescente de infrarrojos sensibles también es útil pero no necesario.
 1. preparación de la muestra <ol><li>uso un diamante Escribano para hacer un rasguño minúsculo en el borde de la superficie de la muestra en la ubicación deseada de la hiende. Utilice dos pares de pinzas de punta plana para mantener la muestra a ambos lados de la raya. Aplicar un par de rotación hacia fuera con la pinza y la muestra se hiende. 
	Nota: Un arañazo largo es innecesario promover hiende, y probablemente cortará a través de la capa de guía de onda impidiendo el acoplamiento de la luz. La cara descamada es lo suficientemente delicada que cualquier toque en su superficie puede dañar la cara de la guía de onda.</li>
	<li>Ate el pedazo de muestra cortada en un plato de cobre muestra mediante pintura de plata conductora térmica o epoxi. 
	Nota: La cara cortada debe quedar al ras con el borde de la placa de montaje para que el láser de excitación puede golpear la cara de la muestra sin interferencia.</li>
	<li>Montar la placa de cobre en el criostato para que la cara cortada y la superficie de la muestra son ópticamente accesibles a través de las ventanas de criostato.</li>
</ol> 2. Alineación del camino de excitación resonante Nota: para maximizar la eficiencia de acoplamiento en la guía de onda, el perfil de la viga de incidente de excitación tiene que ser igualada con la de un imaginario de propagación hacia atrás Haz salir el Guía de onda.
<ol><li>Gruesa alineación del haz de láser de excitación a la cara cortada de la muestra.
	<ol><li>Usar los grados de libertad del acoplador de fibra óptica FC0 y M0 para dirigir el haz de excitación sobre el cara cortada de la muestra antes de instalación las lentes de la excitación del espejo.</li>
		<li>Nivel del haz de excitación horizontal con respecto a la tabla óptica tanto con respecto al plano de la muestra.</li>
	</ol></li> <li>Instalación de objetivo de excitación E obj <ol><li>poner la lente asférica E obj en una montura traslacional con tres grados de libertad traslacional. Centro E obj en el laser y ajustar la altura de E obj a ser el mismo que el centro de la muestra.</li>
		<li>Configurar una pantalla de papel blanco detrás de la muestra a lo largo de la ruta de la excitación. Utilizar un visor de IR a observar un punto brillante en el papel debido a la luz del láser pasa por la muestra de.</li>
		<li>E Deslice obj hacia la muestra lentamente hasta que una imagen clara de la silueta de la muestra puede verse en el papel. Ajustar la posición vertical y horizontal de E obj a la silueta en medio del punto brillante del centro.</li>
		<li>Mantener deslizando lentamente E obj hacia la muestra, y la imagen de la silueta de la pantalla experimenta un aumento. Mientras tanto, ajustar la posición lateral del E obj (izquierda/derecha) para compensar el desplazamiento horizontal de la imagen de la silueta. 
		Nota: Durante el movimiento lento de E obj a la muestra, franjas de difracción empezarán a aparecer en algún momento. Esto proporciona una nueva referencia para poner el punto enfocado en la capa superficial de la muestra.</li>
		<li>Mantener deslizando lentamente E obj hacia la muestra. En cada lugar de E obj obj de cambio E izquierda/derecha aumentar el espaciamiento de la franja hasta que hay solamente una franja visible buscar franjas en la pantalla. 
		Nota: Habrá dos grupos de franjas, uno a la izquierda y otro a la derecha de la superficie de la muestra.</li>
		<li>Localizar Deslice E obj Eobj en una posición que reduce al mínimo el número de franjas visibles.</li>
	</ol></li> <li>Alineación de lentes de telescopio E1 y E2 <ol><li>Insertar lentes E1 y E2 en el camino de la excitación centrado en el rayo láser. Posición E2 separados E obj por la suma de sus distancias focales. Establecer la separación entre E1 y E2 que la suma de sus distancias focales, por ejemplo, f 1 + f 2 = 150 mm.</li> <li>observar el patrón de silueta y la difracción en el papel con un visor de IR. Ajustar la altura del E1 al centro la silueta en el centro del punto láser brillante iluminación.</li>
		<li>E2 Deslice hacia o lejos de E1 al ajustar la posición lateral de E1. E1 y E2 en las posiciones que ambos grupos de la franja desaparecen o mostrar un número mínimo de franjas en la vista</li> <li>introducir un polarizador vertical orientado POL antes de E1 y céntrelo en el haz de excitación. Nota: unos polarizadores tienen un ángulo de cuña ligeramente, en el cual caso el haz de excitación experimentará una desviación angular. Use E1 y E2 para compensar esta desviación.</li>
	</ol></li></ol> 3. Alineación de Photoluminescence colección camino Nota: el rendimiento del proyección de imagen sistema construido en la ruta de la colección se determina principalmente por la precisión de la colocación de L obj debido a su corta distancia focal ( f obj = 10 mm, NA = 0,55). Dos pasos generales están involucrados en la alineación de L obj: alineación gruesa usando un láser de HeNe y afinando muy bien usando el iluminador y la emisión de excitón a granel de GaAs. Estos pasos de alineamiento se realizaron con la muestra a temperatura ambiente.
<ol><li>Alineación del anterior camino de excitación del boquete de la venda (HeNe) y la instalación de la cámara: <ol><li>par un rayo de láser de boquete de la venda anterior (HeNe) en una fibra monomodo.</li>
		<li>Directa de la viga de la salida del colimador fibra FC1 sobre la muestra a través de un espejo M3.</li>
		<li>FC1 de inclinación horizontal para centrar el láser spot en la muestra de aproximadamente 1 mm del borde hendido. Incline el M3 horizontalmente para desplazar la reflexión posterior del haz de láser a ser justo por encima o por debajo del haz incidente. Repita este proceso varias veces hasta satisfacer ambos criterios.</li>
		<li>FC1 de inclinación y M3 verticalmente a nivel de la viga de HeNe con respecto al cuadro óptico y dirigió en la muestra.</li>
		<li>Utilizar el visor de IR para localizar el láser resonante y los puntos de láser HeNe en la muestra. Compruebe que el centro del punto láser HeNe es a la misma altura que el punto láser resonante. Si no, use FC1 y M3 para emparejar las alturas de la viga manteniendo el HeNe rayo nivel con la tabla de.</li>
		<li>Inserte el no polarizante beam splitter cubo (90: 10), NPBS, el camino de HeNe. Centro del cubo en el haz incidente de HeNe.</li>
		<li>Localizar dos vigas en la salida de divisor de viga para la ruta de la colección, uno de la reflexión de la muestra y otro de reflexión interna dentro del cubo.</li>
		<li>Girar el cubo con un ángulo pequeño (~ 5 grados) que los dos haces se pueden separar fácilmente a la salida. La luz reflejada de la superficie de la muestra puede utilizarse como una guía cruda para alinear la cámara fotográfica. 
		Nota: La dirección de la viga reflejada internamente no va a cambiar cuando el cubo se gira sobre el eje vertical.</li>
		<li>Nivel del cubo con respecto a la ficha ópticaasegurándose de que el rayo de HeNe correspondiente a la reflexión interna dentro del cubo es a la misma altura de la viga entrante.</li>
		Cámara de <li>poner un IR-sensible en el camino de la parte posterior refleja HeNe rayo. Utilice un tubo lente L cam con una distancia focal de 200 mm para enfocar la imagen de muestra en la cámara de. 
		Nota: Se utiliza un sistema de tubo casa construida para alojar la lente L leva, como se muestra en la figura 1, que impide que la luz perdida sala siendo detectado por la cámara.</li>
		<li>Configurar un 800 nm de largo filtro de paso, F1, frente L cam para filtrar la luz, HeNe que permite la observación de la PL de la muestra con la cámara fotográfica.</li>
	</ol></li> <li>Instalación y optimización de la posición de la lente L obj <ol><li>poner la lente asférica L obj en una montura traslacional con tres grados de libertad traslacional. Centro L obj en el láser de HeNe y establece la separación de la muestra que la longitud focal, f obj = 10 mm.</li>
		<li>Set up lente par L1 y L2 (f 1 = f 2 = 50 mm) utilizando un montaje de traslación X-Y donde se fija un lado y del otro lado es movible en el plano lateral controlado por micrómetros. 
		Nota: La lente L2 entra la parte movible del Monte. L1 es sostenido por un tubo y unido a la parte fija del Monte. El sistema de tubo proporciona la libertad para ajustar la distancia entre las dos lentes atornillando de entrada/salida del tubo de la lente sostiene L1 a lo largo del eje óptico.</li>
		<li>Fijar la distancia entre las dos lentes de 100 mm. L2 situado en el centro de la montura ajustando el micrómetros.</li>
		Combo de <li>Insertar la lente L1 y L2 en la trayectoria de HeNe entre NPBS y criostato. Establecer la distancia entre L1 y L obj que f obj + f 1. Centro de L1 y L2 sobre el incidente HeNe luz.</li>
		<li>Inserte el iluminador de película en el camino de la colección como se muestra en la figura 1. Ajuste la distancia entre la lente K4 y L2 para la suma de sus distancias focales.</li>
		<li>Centro de la viga de la iluminación sobre L2 ajustando el ángulo de la luz.</li>
		<li>Ajustar el ángulo de la película al centro de la parte posteriora reflejada iluminación luz visible en la imagen para el punto PL causada por excitación de HeNe. 
		Nota: A los efectos de alineación, uno puede cerrar el diafragma de campo para localizar el centro de la zona iluminada.</li>
		<li>Usando sólo la luz del iluminador, buscar un defecto superficial o polvo en la muestra de mirando a la cámara. Buscar otras partes de la muestra según sea necesario moviendo lateralmente L2.</li>
		<li>Toque ligeramente L obj en/hacia fuera del eje óptico para hacer el borde del defecto o polvo más.</li>
		<li>Cambio de L2 hacia el centro del Monte.</li>
		<li>Vista el PL HeNe-emocionado del punto de la cámara y mover L obj horizontalmente para que el punto PL es 1-2 mm del borde hendido de la muestra. 
		Nota: Para una distancia de menos de 1 mm, la dispersión de láser desde el borde hendido de la muestra se recaudaría por objetivo L obj. Mientras que para una distancia muy lejos de la cara cortada, el haz de excitación puede experimentar atenuación antes de llegar a la QD, que reduce la potencia de excitación máxima disponible.</li>
		<li>L2 cambio horizontal hasta el borde hendido de la muestra se muestra en la cámara bajo iluminación.</li>
		<li>Lentamente cambio L obj verticalmente en busca de un láser brillante punto en el borde hendido de la muestra, que es causada por la dispersión del haz de excitación resonante en la cara cortada de la muestra de.</li>
		<li>El punto PL causado por excitación de HeNe al láser brillante punto en el borde hendido de la muestra de nivel.</li>
	</ol></li> <li>De realineación de la ruta de la excitación de HeNe con respecto a la nueva ubicación de L obj . 
	Nota: Para maximizar el área escaneable y reducir al mínimo el viñeteo, es necesario volver a centrar la óptica de la excitación y el haz de excitación con respecto a la ubicación de L obj.
	<ol><li>Quitar L1 y L2. El haz de excitación en L obj asegurando el rayo está en la dirección normal de superficie de la muestra centro.</li>
		<li>Centro de L2 en el Monte. Centro de L1 y L2 en la viga de incidente de la excitación. Ajuste la distancia entre L1 y L obj la suma de las dos longitudes focales, es decir, f 1 + f obj.</li>
		<li>Reposición L cam haz de tal que se centra en HeNe reflejada. Vuelva a colocar la cámara tal que el HeNe emocionado PL (uso de un filtro de paso de largo) se centra en la imagen.</li>
		<li>Ajustar el ángulo de la luz y la película a la luz en L2 y en el punto PL causada por excitación de HeNe de iluminación del centro.</li>
	</ol></li> <li>Alineación de los espejos M1 y M2. 
	Nota: Un láser dirigido hacia atrás a través del espectrómetro facilitará la alineación.
	<ol><li>PL monitor HeNe-emocionado de la muestra a la cámara. Centro de un diafragma (Iris A) en PL entre la película y el M1.</li>
		<li>Centro de lente L spec en la viga reversa y coloque una longitud focal f especificación de la ranura de entrada del espectrómetro.</li>
		<li>Enviar el rayo inverso desde el espectrómetro para la muestra por lo que se refleja en dos espejos, M1 y M2.</li>
		<li>Configurar otro iris (Iris B) entre M2 y L spec y el centro que en la viga reversa.</li>
		<li>M2 dirigir al centro del reverso la viga Iris A. M1 de dirigir al centro de el PL en Iris B. Repeat este proceso varias veces hasta que ambos criterios se cumplen.</li>
		<li>Ubique el centro de la ranura de entrada (30 μm ancho) del espectrómetro del CCD, mediante el control de la orden cero de difracción de la luz de la habitación.</li>
		<li>Abra la ranura de entrada del espectrómetro. Mediante el uso de un filtro de pase largo 800 nm, el PL de la muestra bajo excitación de HeNe se observan en el CCD.</li>
		<li>M1 de dirigir al centro de este lugar en la entrada del espectrómetro y en la altura media del CCD, la raja y dirigir M2 para centrar el rayo inverso en Iris A. Repeat este proceso varias veces hasta que ambos criterios son met</li>
		<li>Alineación de lente par L3 y L4: L3 de la posición en la ruta de la colección de PL en una ubicación que es f 2 + f 3 lentes del L2. L4 de lugar en la trayectoria de la colección separada de L3 por la suma de sus distancias focales, f 3 f 4. Ajustar la posición lateral de L4 al punto central del PL en el CCD.</li>
	</ol></li></ol> 4. Traslapo de la ruta de colección del PL con respecto a la trayectoria de excitación resonante <ol><li>Cool por la muestra a 4,2 K. Con la excitación por encima de la banda, usar el espectrómetro para determinar con precisión la longitud de onda de emisión de la capa de adherencia de soldadura (típicamente alrededor de 880 nm).</li>
	<li>Establecer un 800 nm de largo filtro F1 delante L cam para bloquear la luz de HeNe. Con la ayuda de la luz iluminar, cambiar L2 horizontalmente para localizar el borde hendido de muestra en la cámara de.</li>
	<li>Fijar la longitud de onda de excitación de lado para ser resonante con la capa de adherencia de soldadura. Localizar un punto brillante de la dispersión en el borde hendido de la muestra de la cámara.</li>
	<li>Observar un &#34; patrón de la raya &#34; de fotoluminiscencia en la cámara mediante el ajuste de la posición lateral de E1. Maximizar la intensidad de la raya desplazando lateralmente E1. 
	Nota: La &#34; racha &#34; es la emisión de la capa de adherencia de soldadura, que implica que el haz de excitación se acopla a la guía de onda de la muestra.</li>
	<li>E1 ajustar verticalmente para pasar la racha se superponen con el punto PL, causado por la excitación de HeNe.</li>
	<li>Registrar la intensidad de la capa de adherencia de soldadura PL. E2 ajuste en una dirección, y luego volver a optimizar la posición de E1; otra vez registrar la intensidad de la PL y comparar el valor anterior.</li>
	<li>Si la intensidad ha aumentado, repita el ajuste del E2 en la misma dirección. Si la intensidad ha disminuido, luego invierta el ajuste de E2. Repita este procedimiento para encontrar la posición óptima para E1 y E2.</li>
</ol> 5. La excitación resonante de un solo punto cuántico < clase p = "jove_content"&gt; Nota: Hay dos posibles enfoques para realizar la excitación resonante de un QD sola: tune (1) la frecuencia de excitación del láser para que coincida con una específica resonancia QD; o (2) analizar la frecuencia de láser a través de las energías de resonancia del conjunto QD hasta que se observe fluorescencia de resonancia de un QD sola.
<ol><li>Excitación del método (1) - objetivada: <ol><li>fijar el espectrómetro para monitorear la difracción de primer orden en el centro de la longitud de onda de emisión del conjunto QD bajo sobre excitación del boquete de la venda. Abra la ranura de entrada del espectrómetro.</li>
		<li>Ajustar la potencia de la excitación por encima de la banda hasta que aparezca un fondo brillante debido a la excitación de la cola de la continuidad de los Estados de capa de adherencia de soldadura. Cerca de la entrada de la raja a 30 μm.</li>
		<li>Cambio L2 lateralmente para encontrar un QD conveniente - por ejemplo, una más brillante a la vista. Registrar la longitud de onda el λ de QD QD como es medido por el espectrómetro de.</li>
		<li>Ajustar la longitud de onda del láser de excitación resonante que el mismo valor que λ QD. 
		Nota: A menudo, el espectrómetro puede recoger la señal débil de la dispersión de la excitación resonante laser desde la óptica. Si no, directamente un split-off del haz de excitación en el espectrómetro de.</li>
		<li>Maximizar el QD &#39; intensidad s PL en el CCD, por afinar la frecuencia de excitación del laser de la. 
		Nota: Para algunos QDs, una pequeña cantidad de HeNe luz es necesaria para permitir que el QD que resonantly emocionado 10 , 31 , 32. La potencia del láser HeNe requiere es generalmente tan baja - unos cien nanowatts - ninguna fluorescencia causada únicamente por este rayo de HeNe puede ser detectada por el CCD.</li>
		<li>Maximizar la intensidad de la PL de la QD ajustando la altura y la posición lateral de la lente E1 y la posición axial del lente E2. Optimizar conjuntamente la posición de lentes E1 y E2 para maximizar la intensidad de la fluorescencia de resonancia de la QD.</li>
	</ol></li> <li>Método (2) - búsqueda espectral: <ol><li>fijar el espectrómetro para monitorear la difracción de primer orden en el centro de la longitud de onda de emisión del conjunto QD. Abra la ranura de entrada del espectrómetro.</li>
		<li>Sintoniza la frecuencia del láser de excitación en toda la gama de energía del conjunto QD. Un QD resonantly emocionado aparecerá en la CCD como un punto rodeado de par de Anillos luminosos. Escoger un QD que es brillante.</li>
		<li>Maximizar su intensidad de PL por afinar la longitud de onda del láser de excitación.</li>
		<li>Maximizar la intensidad de la PL del punto de ajuste de la altura y posición de la lateral de E1and la posición axial del lente E2. Optimizar conjuntamente la posición de lentes E1 y E2 para maximizar la intensidad de la fluorescencia de resonancia de la QD.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>Kuhlmann, A. V., 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=A+dark-field+microscope+for+background-free+detection+of+resonance+fluorescence+from+single+semiconductor+quantum+dots+operating+in+a+set-and-forget+mode.">A dark-field microscope for background-free detection of resonance fluorescence from single semiconductor quantum dots operating in a set-and-forget mode.</a> Rev. Sci. Instrum. 84 (7), 073905 (2013).</li><li>Vamivakas, N. A., Zhao, Y., Lu, C. -. Y., Atat&#252;re, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-resolved+quantum-dot+resonance+fluorescence.">Spin-resolved quantum-dot resonance fluorescence.</a> Nat. Phys. 5 (3), 198-202 (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 (7313), 297-300 (2010).</li><li>Houel, J., 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=Probing+Single-Charge+Fluctuations+at+a+GaAs/AlAs+Interface+Using+Laser+Spectroscopy+on+a+Nearby+InGaAs+Quantum+Dot.">Probing Single-Charge Fluctuations at a GaAs/AlAs Interface Using Laser Spectroscopy on a Nearby InGaAs Quantum Dot.</a> Phys. Rev. Lett. 108 (10), 107401 (2012).</li><li>Gao, W. B., Fallahi, P., Togan, E., Miguel-Sanchez, J., 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=Observation+of+entanglement+between+a+quantum+dot+spin+and+a+single+photon.">Observation of entanglement between a quantum dot spin and a single photon.</a> Nature. 491 (7424), 426-430 (2012).</li><li>Muller, 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=Resonance+Fluorescence+from+a+Coherently+Driven+Semiconductor+Quantum+Dot+in+a+Cavity.">Resonance Fluorescence from a Coherently Driven Semiconductor Quantum Dot in a Cavity.</a> Phys. Rev. Lett. 99 (18), 187402 (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> Nat. Phys. 5 (3), 203-207 (2009).</li><li>Konthasinghe, K., 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=Coherent+versus+incoherent+light+scattering+from+a+quantum+dot.">Coherent versus incoherent light scattering from a quantum dot.</a> Phys. Rev. B. 85 (23), 235315 (2012).</li><li>Peiris, M., Konthasinghe, K., Yu, Y., Niu, Z. C., Muller, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bichromatic+resonant+light+scattering+from+a+quantum+dot.">Bichromatic resonant light scattering from a quantum dot.</a> Phys. Rev. B. 89 (15), 155305 (2014).</li><li>Chen, D., Lander, G. R., Krowpman, K. S., Solomon, G. S., Flagg, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+local+charge+environment+of+a+single+quantum+dot+via+resonance+fluorescence.">Characterization of the local charge environment of a single quantum dot via resonance fluorescence.</a> Phys. Rev. B. 93 (11), 115307 (2016).</li><li>Chen, D., Lander, G. R., Solomon, G. S., Flagg, E. B. <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+Interference+of+Coherent+Scattering+from+Orthogonal+Dipole+Moments+of+a+Resonantly+Excited+Quantum+Dot.">Polarization-Dependent Interference of Coherent Scattering from Orthogonal Dipole Moments of a Resonantly Excited Quantum Dot.</a> Phys. Rev. Lett. 118 (3), 037401 (2017).</li><li>Ge, R. -. C., 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=Mollow+quintuplets+from+coherently+excited+quantum+dots.">Mollow quintuplets from coherently excited quantum dots.</a> Opt. Lett. 38 (10), 1691 (2013).</li><li>Proux, R., Maragkou, M., Baudin, E., Voisin, C., Roussignol, P., Diederichs, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+the+Photon+Coalescence+Time+Window+in+the+Continuous-Wave+Regime+for+Resonantly+Driven+Semiconductor+Quantum+Dots.">Measuring the Photon Coalescence Time Window in the Continuous-Wave Regime for Resonantly Driven Semiconductor Quantum Dots.</a> Phys. Rev. Lett. 114 (6), 067401 (2015).</li><li>Robertson, J., 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-resolved+resonant+fluorescence+of+a+single+semiconductor+quantum+dot.">Polarization-resolved resonant fluorescence of a single semiconductor quantum dot.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (25), 251118 (2012).</li><li>De Greve, K., 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=Quantum-dot+spin-photon+entanglement+via+frequency+downconversion+to+telecom+wavelength.">Quantum-dot spin-photon entanglement via frequency downconversion to telecom wavelength.</a> Nature. 491 (7424), 421-425 (2012).</li><li>Schaibley, J. R., 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=Demonstration+of+Quantum+Entanglement+between+a+Single+Electron+Spin+Confined+to+an+InAs+Quantum+Dot+and+a+Photon.">Demonstration of Quantum Entanglement between a Single Electron Spin Confined to an InAs Quantum Dot and a Photon.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (16), 167401 (2013).</li><li>Gerardot, B. D., 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=Dressed+excitonic+states+and+quantum+interference+in+a+three-level+quantum+dot+ladder+system.">Dressed excitonic states and quantum interference in a three-level quantum dot ladder system.</a> New J. Phys. 11 (1), 013028 (2009).</li><li>Hargart, 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=Cavity-enhanced+simultaneous+dressing+of+quantum+dot+exciton+and+biexciton+states.">Cavity-enhanced simultaneous dressing of quantum dot exciton and biexciton states.</a> Phys. Rev. B. 93 (11), 115308 (2016).</li><li>Kim, H., Shen, T. C., Roy-Choudhury, K., Solomon, G. S., Waks, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+Interactions+between+a+Mollow+Triplet+Sideband+and+a+Strongly+Coupled+Cavity.">Resonant Interactions between a Mollow Triplet Sideband and a Strongly Coupled Cavity.</a> Phys. Rev. Lett. 113 (2), 027403 (2014).</li><li>Unsleber, 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=Observation+of+resonance+fluorescence+and+the+Mollow+triplet+from+a+coherently+driven+site-controlled+quantum+dot.">Observation of resonance fluorescence and the Mollow triplet from a coherently driven site-controlled quantum dot.</a> Optica. 2 (12), 1072 (2015).</li><li>Xu, X., 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=Coherent+Optical+Spectroscopy+of+a+Strongly+Driven+Quantum+Dot.">Coherent Optical Spectroscopy of a Strongly Driven Quantum Dot.</a> Science. 317 (5840), 929-932 (2007).</li><li>Muller, A., Fang, W., Lawall, J., Solomon, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emission+Spectrum+of+a+Dressed+Exciton-Biexciton+Complex+in+a+Semiconductor+Quantum+Dot.">Emission Spectrum of a Dressed Exciton-Biexciton Complex in a Semiconductor Quantum Dot.</a> Phys. Rev. Lett. 101 (2), 027401 (2008).</li><li>Roy-Choudhury, K., Hughes, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+theory+of+the+emission+spectrum+from+quantum+dots+coupled+to+structured+photonic+reservoirs+and+acoustic+phonons.">Quantum theory of the emission spectrum from quantum dots coupled to structured photonic reservoirs and acoustic phonons.</a> Phys. Rev. B. 92 (20), 205406 (2015).</li><li>Ulhaq, A., Weiler, S., Ulrich, S. M., Ro&#223;bach, R., Jetter, M., Michler, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cascaded+single-photon+emission+from+the+Mollow+triplet+sidebands+of+a+quantum+dot.">Cascaded single-photon emission from the Mollow triplet sidebands of a quantum dot.</a> Nat. Photonics. 6 (4), 238-242 (2012).</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=Dephasing+of+Triplet-Sideband+Optical+Emission+of+a+Resonantly+Driven+InAs/GaAs+Quantum+Dot+inside+a+Microcavity.">Dephasing of Triplet-Sideband Optical Emission of a Resonantly Driven InAs/GaAs Quantum Dot inside a Microcavity.</a> Phys. Rev. Lett. 106 (24), 247402 (2011).</li><li>Atature, M., Dreiser, J., Badolato, A., Hogele, A., Karrai, K., 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=Quantum-dot+spin-state+preparation+with+near-unity+fidelity.">Quantum-dot spin-state preparation with near-unity fidelity.</a> Science. 312 (5773), 551-553 (2006).</li><li>Kroner, 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=Resonant+two-color+high-resolution+spectroscopy+of+a+negatively+charged+exciton+in+a+self-assembled+quantum+dot.">Resonant two-color high-resolution spectroscopy of a negatively charged exciton in a self-assembled quantum dot.</a> Phys. Rev. B. 78 (7), 075429 (2008).</li><li>Press, D., Ladd, T. D., Zhang, B., Yamamoto, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complete+quantum+control+of+a+single+quantum+dot+spin+using+ultrafast+optical+pulses.">Complete quantum control of a single quantum dot spin using ultrafast optical pulses.</a> Nature. 456 (7219), 218-221 (2008).</li><li>Sun, S., Waks, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-shot+optical+readout+of+a+quantum+bit+using+cavity+quantum+electrodynamics.">Single-shot optical readout of a quantum bit using cavity quantum electrodynamics.</a> Physical Review A. 94 (1), 012307 (2016).</li><li>Metcalfe, M., Solomon, G. S., Lawall, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heterodyne+measurement+of+resonant+elastic+scattering+from+epitaxial+quantum+dots.">Heterodyne measurement of resonant elastic scattering from epitaxial quantum dots.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (23), 231114 (2013).</li><li>Nguyen, H. 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=Optically+Gated+Resonant+Emission+of+Single+Quantum+Dots.">Optically Gated Resonant Emission of Single Quantum Dots.</a> Phys. Rev. Lett. 108 (5), 057401 (2012).</li><li>Benisty, H., De Neve, H., Weisbuch, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+planar+microcavity+effects+on+light+extraction-Part+I:+basic+concepts+and+analytical+trends.">Impact of planar microcavity effects on light extraction-Part I: basic concepts and analytical trends.</a> IEEE J. Quantum Elect. 34 (9), 1612-1631 (1998).</li><li>K&#246;hler, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ein+neues+Beleuchtungsverfahren+f&#252;r+mikrophotographische+Zwecke.">Ein neues Beleuchtungsverfahren f&#252;r mikrophotographische Zwecke.</a> Zeitschrift f&#252;r wissenschaftliche Mikroskopie und f&#252;r Mikroskopische Technik. 10 (4), 433-440 (1893).</li><li>K&#246;hler, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+method+of+illumination+for+photomicrographical+purposes.">New method of illumination for photomicrographical purposes.</a> Journal Royal Microscopical Society (Great Britain). 14, 261-262 (1894).</li><li>He, Y. -. 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=On-demand+semiconductor+single-photon+source+with+near-unity+indistinguishability.">On-demand semiconductor single-photon source with near-unity indistinguishability.</a> Nat. Nanotechnol. 8 (3), 213-217 (2013).</li></ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

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

La excitación resonante de un emisor único cuántica combinada con detección de fluorescencia fue un desafío experimental a largo plazo debido principalmente a la incapacidad para discriminar espectralmente la fluorescencia débil de la dispersión de excitación fuerte. Esta dificultad, sin embargo, ha sido superada en la última década por dos enfoques diferentes: excitación confocal campo oscuro basado en polarización discriminación1,2,3,4 ,5y excitación ortogonal-detección basada en el modo espacial discriminación6,7,8,9,10,11, 12,13,14. Ambos enfoques demuestran una fuerte capacidad para inhibir significativamente la dispersión láser y así se adoptó ampliamente en varios experimentos, por ejemplo, observación de spin-fotón enredo5,15, 16, demostración de Estados con2,7,12,17,18,19,20,21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26y manipulación coherente de giros cerrados3,27,28,29,30. Ni enfoque puede aplicarse universalmente a todas las situaciones; cada uno se limita a algunas condiciones específicas. La técnica de campo oscuro utiliza el grado de libertad de polarización de los fotones para suprimir la dispersión láser de excitación. Esta técnica tiene varias ventajas. Por ejemplo, no hay ningún requisito para un modo de guía de onda bien definida, que permite la implementación sólo confocal. La aplicación confocal permite la excitación polarizada circularmente y posiblemente un enfoque del haz de excitación en el emisor de la cuántica, dando por resultado la mayor intensidad de excitación. Sin embargo, este método selectivo de polarización restringe la polarización detección para ser ortogonal a la polarización de excitación y así evita una caracterización completa de las propiedades de polarización de la fluorescencia. En comparación, la discriminación espacial de modo conserva la libertad completa de polarización detección utilizando la ortogonalidad entre los modos de propagación de la excitación y detección de vigas para suprimir la dispersión de láser4. Las limitaciones de esta técnica son la necesidad de una estructura de guía de onda en la muestra para proporcionar un modo de la excitación ortogonal al modo de detección y la restricción de la polarización de excitación al ser perpendicular a la dirección de propagación de la viga .
Aquí, demostramos un protocolo para la construcción de una instalación libre de espacio-ortogonal excitación-detección basada para experimentos de fluorescencia de resonancia. Comparado con el trabajo pionero sobre la discriminación de modo espacial donde una fibra óptica fue utilizada para acoplar la luz en la cavidad6, este protocolo proporciona una solución en el espacio y no requiere componentes cinéticos para montar bien la muestra o el fibra en criostato. Control fino de las direcciones de la viga de la excitación y la trayectoria de detección son manipulados por óptica externa al criostato, mientras que las lentes asféricas camiseta actúan como enfoque objetivos dentro de la región fría de criostato. Proporcionamos imágenes representativas de los pasos clave de la alineación en el proceso de lograr excitación resonante y detección de la fluorescencia de un punto cuántico único.
La muestra utilizada para esta demostración es cultivada por epitaxia de haces moleculares (MBE). Los puntos cuánticos de InGaAs (QDs) están integrados en un espaciador de GaAs que está delimitado por dos reflectores Bragg distribuidos (DBRs), como se muestra en la vista de zoom de la muestra en la figura 1. El GaAs el espaciador entre el DBRs actúa como una guía de onda, donde se confina el haz de excitación por reflexión interna total. Los DBRs también actúan como espejos de alta reflectividad para wavevectors que son casi normales al plano de muestra. Esto forma un modo de Fabry-Perot que el QDs pareja cuando emiten fluorescencia. El modo de Fabry-Perot debe ser resonancia con la longitud de onda λ de emisión de los QDs, que requiere el distanciador de GaAs a ser un número entero múltiplo de λ/n, donde n es el índice de refracción del GaAs. Para esta demostración, el espesor del espaciador de GaAs es escogido para ser 4λ/n, que es aproximadamente de 1 μm, con el fin de estar cerca del tamaño de punto de difracción limitada de la viga de incidente de la excitación. Un espaciador más estrecho resultaría en una baja eficiencia de acoplamiento del haz de excitación en el modo de guía de onda.
El montaje experimental se muestra en la figura 1. Para maximizar la eficiencia de acoplamiento, un objetivo de lente asférico Eobj con apertura numérica NA = 0,5 y longitud focal de 8 mm se elige para enfocar el haz de excitación sobre el cara cortada de la muestra. La función del telescopio de Keplerian (compuesto por par de lentes E1 y E2) en el camino de la excitación es doble: (1) para llenar la apertura de la excitación objetivo Eobj para el haz de excitación se centra firmemente para mejor modo-adecuación a la guía de onda (en Esta realización el diámetro del haz colimado es 2,5 mm) y (2) para proporcionar tres grados de libertad para maniobrar el punto focal del haz de excitación en la cara cortada de la muestra. E1 objetivo se monta en una montura traslacional de X-Y que proporciona los dos grados de libertad para cambiar el punto de excitación libremente en el plano de la cara cortada de la muestra. E2 de la lente está montada sobre un zoom sin rotación de vivienda que ofrece la libertad de escoger la profundidad del punto focal de la muestra. Estos tres grados de libertad nos permite optimizar la excitación resonante de un QD sola sin necesidad de movimiento de la muestra sí mismo.
En el camino de la colección de fluorescencia, una configuración similar de la lente (Lobj, L1 y L2) se utiliza para permitir la detección de la fluorescencia de diferentes partes de la muestra. La luz de la muestra se centra en uno de dos tubos en ya sea un IR-sensible a la cámara (Lcam) o la ranura de entrada del espectrómetro (L.spec). Movimiento de L1 a lo largo del eje z ajusta el enfoque de la imagen y traducción lateral de L2 hace que la imagen a escanear en el plano de la muestra. Las longitudes focales de L1 y L2 son iguales, por lo que su aumento es unidad. Esto se hace para maximizar la gama que L2 puede ser traducido antes de que produce viñeteado.
Para facilitar la alineación y la ubicación de un QD, un iluminador de fabricación casera basado en la iluminación de Kohler se incorpora en la configuración, como se muestra en la figura 1. El propósito de la iluminación de Kohler es proporcionar una iluminación uniforme a la muestra y asegurar que una iMago de la fuente de iluminación de luz no es visible en la imagen de muestra. Las configuraciones de la lente de la luz y el camino de la colección están diseñadas cuidadosamente para separar los planos de imagen conjugada de la muestra y la fuente de luz. Cada lente en el camino de la colección es separada de sus vecinos por la suma de sus distancias focales. Esto asegura que siempre que la imagen muestra en foco – como en el sensor de la cámara, la imagen de la fuente de luz es totalmente desenfocada. Del mismo modo, donde la imagen de la fuente de luz está en foco – como en el plano focal detrás del objetivo – la imagen de muestra es completamente defocused. La fuente de luz es una luz comercial emisión de diodo (LED) emiten a 940 nm. El diafragma de la abertura permite el ajuste de la intensidad de la iluminación y el diafragma de campo determina el campo de visión que se iluminará. Son las claves para la realización de una iluminación uniforme establecer la distancia entre la lente K4 y L2 para la suma de las longitudes focales de las dos lentes, y para asegurarse de que la apertura de Lobj no se llena por la iluminación. En el presente Protocolo, la iluminación sirve también para optimizar la distancia entre Lobj y la muestra.
El objetivo Lobj y cualquier lente de tubo proporciona un aumento de x 20 sobre la cámara o el espectrómetro. El par de lente L3 y L4 entre Lobj y LEspecificaciones forma otro telescopio de Keplerian que proporciona un aumento extra de 4 x a la imagen en el dispositivo de carga acoplada (CCD) del espectrómetro. La adición de lentes L3 y L4 resultado en un aumento total de x 80, que es necesario distinguir espacialmente fluorescencia de cerca QDs. L3 y L4 es montado sobre soportes para facilitar el cambio de la ampliación porque los bancos aumento 20 x proporciona un mayor campo de visión en la muestra.
Para superponer el campo de visión de la trayectoria de la colección con la trayectoria del haz de excitación a través de la guía de onda, la emisión de la serie continua del punto de quantum mojando la capa es útil. Uno puede determinar la longitud de onda de emisión de la capa de adherencia de soldadura midiendo el espectro de emisión de la muestra bajo sobre excitación del boquete de la venda. Para nuestro ejemplo, emisión de la capa de adherencia de soldadura se produce en aproximadamente 880 nm a 4,2 K. Por acoplamiento de un rayo de láser cw a 880 nm en la guía de onda de la muestra, se puede observar un patrón de rayado formado por el PL de la capa de adherencia de soldadura, que se muestra en el video que lo acompaña. La racha revela la trayectoria de la propagación de la luz de excitación que se han unido en la guía de onda. La presencia de esta veta combinada con la capacidad de la superficie de la muestra de la imagen hace alineación sencilla.

<table><tbody><tr><td>Tunable external cavity diode laser</td><td>Toptica Photonics</td><td>DL-Pro</td><td></td></tr><tr><td>Closed-cycle cryostat</td><td>Montana Instruments</td><td>Cryostation</td><td></td></tr><tr><td>Spectrometer, 750 mm focal length</td><td>Princeton Instruments</td><td>SpectraPro 2750</td><td></td></tr><tr><td>Thermoelectrically cooled charge-coupled device</td><td>Princeton Instruments</td><td>Pixis 100BR-eXcelon</td><td></td></tr><tr><td>HeNe laser</td><td>JDSU</td><td>1125P</td><td></td></tr><tr><td>Infrared sensitive camera</td><td>Sony</td><td>NEX-5TL</td><td>IR blocking filter removed</td></tr><tr><td>Power meter and detector</td><td>Newport</td><td>1918-C, 918D-IR-OD3</td><td></td></tr><tr><td>Adjustable aspheric fiber collimator</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>Protected Silver Mirrors x 5</td><td>Thorlabs</td><td>PF10-03-P01</td><td></td></tr><tr><td>Flip mounts x 2</td><td>Thorlabs</td><td>FM90</td><td></td></tr><tr><td>Aspheric condenser lens, f = 20 mm; K1</td><td>Thorlabs</td><td>ACL2520-B</td><td></td></tr><tr><td>Best form spherical lens, f = 50 mm; E2, L1, L2, K2</td><td>Thorlabs</td><td>LBF254-050-B</td><td></td></tr><tr><td>Best form spherical lens, f = 100 mm; E1, L4, K3, K4</td><td>Thorlabs</td><td>LBF254-100-B</td><td></td></tr><tr><td>Best form spherical lens, f = 200 mm; Lspec, Lcam</td><td>Thorlabs</td><td>LBF254-200-B</td><td></td></tr><tr><td>Plano-convex lens, f = 400 mm; L3</td><td>Thorlabs</td><td>LA1172-B</td><td></td></tr><tr><td>Molded glass aspheric lens, f = 8 mm; Eobj</td><td>Thorlabs</td><td>C240TME-B</td><td></td></tr><tr><td>Precision asphere, f = 10 mm; Lobj</td><td>Thorlabs</td><td>AL1210-B</td><td></td></tr><tr><td>Longpass Filters, 800 nm, x2</td><td>Thorlabs</td><td>FEL0800</td><td></td></tr><tr><td>Non-polarizing beam splitter cube (NPBS)</td><td>Thorlabs</td><td>BS029</td><td></td></tr><tr><td>Pellicle beam splitter</td><td>Thorlabs</td><td>BP108</td><td></td></tr><tr><td>Polarizer</td><td>Thorlabs</td><td>LPNIRE100-B</td><td></td></tr><tr><td>Light emitting diode, 940 nm</td><td>Thorlabs</td><td>M940D2</td><td></td></tr></tbody></table>

resonance fluorescence of an ingaas quantum dot in a planar cavity using orthogonal excitation and detection

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

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

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

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

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

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

resonance-fluorescence-an-ingaas-quantum-dot-planar-cavity-using

Research

JoVE Journal

Engineering

9.1K vistas.  West Virginia University. Se logra excitación resonante de un punto cuántico uno mismo-montado único modo ortogonal a la modalidad de colección de fluorescencia de excitación. Demostrar un método utilizando la guía de onda y modos de Fabry-Perot de una microcavidad planar que rodea los puntos cuánticos. El método permite total libertad en la polarización de la detección.

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Rejection of Fluorescence Background in Resonance and Spontaneous Raman Microspectroscopy

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ultrafast pulses, a system that can temporally separate spectrally overlapping signals on a picosecond timescale can isolate promptly arriving Raman scattered light from late-arriving fluorescence light. Here we discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical system that uses all-optical switching in the form of a low-power optical Kerr gate to isolate Raman and fluorescence signals. A single 808 nm laser with 2.4 W of average power and 80 MHz repetition rate is split, with approximately 200 mW of 808 nm light being converted to &lt; 5 mW of 404 nm light sent to the sample to excite Raman scattering. The remaining unconverted 808 nm light is then sent to a nonlinear medium where it acts as the pump for the all-optical shutter. The shutter opens and closes in 800 fs with a peak efficiency of approximately 5%. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence signals at an 80 MHz repetition rate using pulse energies and average powers that remain biologically safe. Because the system has no spare capacity in terms of optical power, we detail several design and alignment considerations that aid in maximizing the throughput of the system. We also discuss our protocol for obtaining the spatial and temporal overlap of the signal and pump beams within the Kerr medium, as well as a detailed protocol for spectral acquisition. Finally, we report a few representative results of Raman spectra obtained in the presence of strong fluorescence using our time-gating system.

We discuss the construction and operation of a complex nonlinear optical
system that uses ultrafast all-optical switching to isolate Raman from fluorescence
signals. Using this system we are able to successfully separate Raman and fluorescence
signals utilizing pulse energies and average powers that remain biologically safe.

El rechazo de la fluorescencia de fondo en la resonancia y microespectroscopía Raman espontánea

Raman spectroscopy is often plagued by a strong fluorescent background, particularly for biological samples. If a sample is excited with a train of ...

Investigación

Bioingeniería

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

This paper discusses fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic analysis setup. These structures are based on the formation of a fluorescent quantum-dot (QD) coating on the channel surface of a conventional microcapillary. Silicon QDs are especially attractive for this application, owing in part to their negligible toxicity compared to the II-VI and II-VI compound QDs, which are legislatively controlled substances in many countries. While the ensemble emission spectrum is broad and featureless, an Si-QD film on the channel wall of a capillary features a set of sharp, narrow peaks in the fluorescence spectrum, corresponding to the electromagnetic resonances for light trapped within the film. The peak wavelength of these resonances is sensitive to the external medium, thus permitting the device to function as a refractometric sensor in which the QDs never come into physical contact with the analyte. The experimental methods associated with the fabrication of the fluorescent-core microcapillaries are discussed in detail, as well as the analysis methods. Finally, a comparison is made between these structures and the more widely investigated liquid-core optical ring resonators, in terms of microfluidic sensing capabilities.

Fluorescent-core microcavity sensors employ a high-index quantum-dot coating in the channel of silica microcapillaries. Changes in the refractive index of fluids pumped into the capillary channel cause shifts in the microcavity fluorescence spectrum that can be used to analyze the channel medium.

Síntesis y funcionamiento de los núcleos fluorescentes microcavidades de Percepción refractométrico

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

Ingeniería

Measurement of Coherence Decay in GaMnAs Using Femtosecond Four-wave Mixing

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, spin-flip scattering) is described, using experiments on GaMnAs as a prototype III-Mn-V system.&#160; Spectrally-resolved and time-resolved experimental configurations are described, including the use of zero-background autocorrelation techniques for pulse optimization.&#160; The etching process used to prepare GaMnAs samples for four-wave mixing experiments is also highlighted.&#160; The high temporal resolution of this technique, afforded by the use of short (20 fsec) optical pulses, permits the rapid spin-flip scattering process in this system to be studied directly in the time domain, providing new insight into the strong exchange coupling responsible for carrier-mediated ferromagnetism.&#160; We also show that spectral resolution of the four-wave mixing signal allows one to extract clear signatures of (s,p)-d hybridization in this system, unlike linear spectroscopy techniques.&#160;&#160; This increased sensitivity is due to the nonlinearity of the technique, which suppresses defect-related contributions to the optical response. This method may be used to measure the time scale for coherence decay (tied to the fastest scattering processes) in a wide variety of semiconductor systems of interest for next generation electronics and optoelectronics.

The technique of femtosecond four-wave mixing is described, including spectrally-resolved and time-resolved configurations. We illustrate the utility of this technique for the investigation of crucial physical properties in the III-V diluted magnetic semiconductors, afforded by its nonlinearity and high temporal resolution.

La medición de la coherencia Decay en GaMnAs Usando Femtosecond onda Cuatro Mezcla

The application of femtosecond four-wave mixing to the study of fundamental properties of diluted magnetic semiconductors ((s,p)-d hybridization, ...

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Implementación de un interferómetro de referencia para Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

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.

Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

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

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonancia Raman Spectroscopy de nanocables de riesgo y otros sistemas 1D

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

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.

De alta resonancia cuasi-asistida Phonon Resolución espectroscopia de fluorescencia

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

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

Determinación de la excitación y el acoplamiento entre emisores de luz y plasmón superficial Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

Onda de cuatro degenerados infrarrojo mezcla con detección de Upconversion para detección cuantitativa de Gas

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in the x-y plane. Here a summary of the FIONA technique is reported and examples of research that have been performed using FIONA are briefly described. First, how to set up the required equipment for FIONA experiments, i.e., a total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM), with details on aligning the optics, is described. Then how to carry out a simple FIONA experiment on localizing immobilized Cy3-DNA single molecules using appropriate protocols, followed by the use of FIONA to measure the 36 nm step size of a single truncated myosin Va motor labeled with a quantum dot, is illustrated. Lastly, recent effort to extend the application of FIONA to thick samples is reported. It is shown that, using a water immersion objective and quantum dots soaked deep in sol-gels and rabbit eye corneas (&#62;200 &#181;m), localization precision of 2-3 nm can be achieved.

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA

Single fluorophores can be localized with nanometer precision using FIONA. Here a summary of the FIONA technique is reported, and how to carry out FIONA experiments is described.

Imágenes de fluorescencia con un nanómetros Precisión (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in ...