Gli autori desidera ringraziare Glenn S. Solomon per la fornitura del campione. Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Science Foundation (DMR-1452840).

Attenzione: si prega di essere consapevoli dei possibili pericoli di scattering laser durante l'allineamento. Indossare occhiali di sicurezza adeguate per la protezione. Per facilitare il processo di allineamento, un visore a infrarossi (IR-visualizzatore) è necessario. Una carta fluorescente IR sensibile è anche utile ma non indispensabile.
 1. preparazione del campione <ol><li>uso un diamante scrivano per rendere un minuscolo graffio sul bordo della superficie superiore del campione a nella posizione desiderata del fendente. Utilizzare due coppie di pinzette estremità piatta per tenere il campione su entrambi i lati del graffio. Applicare una coppia di rotazione verso l'esterno con le pinzette e il campione sarà fendere. 
	Nota: Non un graffio lungo è necessario promuovere di sfaldatura, e probabilmente taglierà attraverso lo strato di guida d'onda rendendo impossibile la luce di accoppiamento. Il volto fenduto è abbastanza delicato che qualsiasi tocco sulla sua superficie potrebbe danneggiare il volto di guida d'onda.</li>
	<li>Fissare il pezzo campione spaccati su una piastra di rame campione utilizzando vernice argento termicamente conduttivi o epossidica argento. 
	Nota: Il volto fenduto deve essere a filo con il bordo della piastra di fissaggio affinché il laser di eccitazione sarà colpito il volto del campione senza interferenza.</li>
	<li>Montare la piastra di rame nel criostato, in modo che il volto spaccato e la superficie del campione sono otticamente accessibile attraverso le finestre del criostato.</li>
</ol> 2. Allineamento di risonante eccitazione percorso Nota: per massimizzare l'efficienza di accoppiamento in Guida d'onda, il profilo del fascio incidente eccitazione deve corrispondere con quella di un immaginario indietro propagazione fascio uscendo il waveguide.
<ol><li>Grossolana allineamento del fascio laser di eccitazione al viso spaccato del campione.
	<ol><li>Utilizzare i gradi di libertà dell'accoppiatore di fibra ottica FC0 e specchio M0 per dirigere il fascio di eccitazione sul viso spaccato del campione prima che vengano installate le lenti eccitazione.</li>
		<li>Livello il fascio di eccitazione in orizzontale rispetto al piano del campione sia per quanto riguarda la tabella ottica.</li>
	</ol></li> <li>Installazione dell'obiettivo di eccitazione E obj <ol><li>mettere la lente asferica E obj in un Monte traslazionale con tre gradi di libertà traslazionale. Centro E obj sul laser e impostare l'altezza di E obj essere lo stesso come il centro del campione.</li>
		<li>Installare uno schermo di carta bianca dietro il campione lungo il percorso di eccitazione. Utilizzare un visualizzatore di IR per osservare un punto luminoso sulla carta a causa della luce di laser l'esempio passing by.</li>
		<li>Slide E obj verso il campione lentamente fino a quando un'immagine chiara della siluetta del campione può essere visto sulla carta. Regolare la posizione verticale e in orizzontale di E obj per centrare la sagoma al centro dello spot luminoso.</li>
		<li>Mantenere scorrevole E obj verso il campione lentamente, e l'immagine di sagoma sullo schermo esperienze un ingrandimento. Nel frattempo, regolare la posizione laterale della E obj (destra/sinistra) per compensare lo spostamento orizzontale dell'immagine sagoma. 
		Nota: Durante il movimento lento di E obj al campione, frange di diffrazione inizierà ad apparire a un certo punto. Questo fornisce un nuovo riferimento per mettere il punto mirato allo strato superficiale del campione.</li>
		<li>Mantenere scorrevole E obj verso il campione lentamente. Ogni posizione di E obj, spostamento E obj a sinistra/destra aumentare la spaziatura di frangia fino a quando non c'è solo una frangia visibile a cercare frange sullo schermo. 
		Nota: Ci saranno due gruppi di frange, uno a sinistra e uno a destra della superficie del campione.</li>
		<li>Individuare E far scorrere obj Eobj in una posizione che riduce al minimo il numero di frange visibile.</li>
	</ol></li> <li>Allineamento delle lenti telescopio E1 ed E2 <ol><li>inserire il percorso di eccitazione centrato il raggio laser lenti E1 ed E2. Posizione E2 che separa E obj dalla somma delle loro lunghezze focali. Impostare la separazione tra E1 ed E2 per essere la somma delle loro lunghezze focali, ad es., f 1 + f 2 = 150 mm.</li> <li>osservare il modello silhouette e diffrazione sulla carta con un visualizzatore di IR. Regolare l'altezza della E1 per centrare la sagoma al centro dello spot illuminazione laser luminoso.</li>
		<li>E2 scivolare verso o lontano da E1 regolando la posizione laterale della E1. Sicuro E1 ed E2 alle posizioni che entrambi frangia gruppi o scompaiono o visualizzare un numero minimo di frange in tale vista.</li> <li>inserire un polarizzatore orientato verticalmente POL prima E1 e centrarlo sul fascio di eccitazione. Nota: alcuni polarizzatori hanno un angolo di leggera zeppa, in cui caso il fascio di eccitazione sperimenterà una deviazione angolare. Utilizzare E1 ed E2 per compensare questa deviazione.</li>
	</ol></li></ol> 3. Allineamento del percorso della raccolta di fotoluminescenza Nota: le prestazioni del sistema di imaging costruito nel percorso della raccolta sono determinata prevalentemente dalla precisione del posizionamento di L obj a causa della sua lunghezza focale corta ( f obj = 10 mm, NA = 0,55). Due passaggi generali sono coinvolti nell'allineamento di L obj: allineamento grossolano utilizzando un laser HeNe, e bene tweaking utilizzando l'illuminatore e l'emissione di eccitone di massa di GaAs. Questi passaggi di allineamento vengono eseguiti con il campione a temperatura ambiente.
<ol><li>Allineamento del band-gap (HeNe) eccitazione percorso sopra e installazione della telecamera: <ol><li>coppia un fascio di laser di fascia-spacco (HeNe) sopra in una fibra monomodale.</li>
		<li>Dirigere il fascio di uscita dal collimatore fibra FC1 sul campione tramite uno specchio M3.</li>
		<li>Tilt FC1 orizzontalmente al centro il laser spot sul campione circa 1 mm dal bordo fenduto. Inclinare la M3 in orizzontale per spostare la riflessione del raggio laser per essere appena di sopra o di sotto del fascio incidente. Ripetere questo processo più volte fino a soddisfare entrambi i criteri.</li>
		<li>Tilt FC1 e M3 verticalmente per livellare il fascio di HeNe per quanto riguarda la tabella ottica e tenere e ' diretto al campione.</li>
		<li>Utilizzare il Visualizzatore di IR per individuare sia il laser risonante e le macchie di laser HeNe sul campione. Verifica che il centro dello spot laser HeNe è alla stessa altezza come il punto laser risonante. Se non, utilizzare FC1 e M3 per regolare le altezze dei raggi mantenendo il fascio di HeNe livello con la tabella.</li>
		<li>Inserire il non-polarizzazione beam splitter cubo (90: 10), NPBS, il percorso di HeNe. Centro del cubo nel fascio incidente HeNe.</li>
		<li>Individuare due travi presso l'uscita del divisore di fascio per il percorso della raccolta, uno da riflesso dal campione e uno dalla riflessione interna all'interno del cubo.</li>
		<li>Ruotare il cubo da un angolo piccolo (~ 5 gradi), tale che i due fasci possono essere facilmente separati all'uscita. La luce riflettuta dalla superficie del campione può essere utilizzata come guida grezza per allineare la telecamera. 
		Nota: La direzione del fascio internamente riflessa non cambierà quando il cubo viene ruotato intorno all'asse verticale.</li>
		<li>Livello del cubo per quanto riguarda la scheda otticale assicurando il fascio di HeNe corrispondente alla riflessione interna all'interno del cubo è alla stessa altezza come il fascio in entrata.</li>
		Macchina fotografica di <li>mettere un IR-sensibile nel percorso della schiena riflette HeNe fascio. Utilizzare un tubo lente L cam con una lunghezza focale di 200mm a fuoco l'immagine di esempio sulla telecamera. 
		Nota: Un sistema di tubi di casa costruita viene utilizzato per ospitare la lente L camma, come mostrato in Figura 1, che impedisce di randagio camera luminosa da essere rilevato dalla telecamera.</li>
		<li>Set up un 800 nm lungo filtro passa, F1, davanti L cam per filtrare la luce, HeNe che permette l'osservazione di PL dal campione con la fotocamera.</li>
	</ol></li> <li>Installazione e ottimizzazione della posizione della lente L obj <ol><li>mettere la lente asferica L obj in un Monte traslazionale con tre gradi di libertà traslazionale. Centro L obj sul laser HeNe e impostare la separazione dal campione per essere la lunghezza focale, f obj = 10 mm.</li>
		<li>Set lente coppia L1 e L2 (f 1 = f 2 = 50 mm) utilizzando un montaggio traslazionale di X-Y dove un lato è fisso e l'altro lato è mobile nel piano laterale controllato da micrometri. 
		Nota: Lente L2 va nella parte mobile del Monte. L1 è tenuto da un tubo di lente e collegato al lato fisso del Monte. Il sistema di tubo fornisce la libertà di regolare la distanza tra le due lenti avvitando in/out del tubo di lente che tiene L1 lungo l'asse ottico.</li>
		<li>Impostare la distanza tra le due lenti da 100 mm. L2 impostato al centro del Monte regolando i micrometri.</li>
		<li>Inserire il combo lente L1 e L2 per il percorso di HeNe tra NPBS e il criostato. Impostare la distanza tra L1 e L obj essere f obj + f 1. Centro di L1 e L2 l'incidente luce HeNe.</li>
		<li>Inserire il percorso della raccolta come mostrato nella Figura 1 l'illuminatore e la pellicola. Impostare la distanza tra lente K4 e L2 per essere la somma delle loro lunghezze focali.</li>
		<li>Centro del fascio di illuminazione sulla L2 regolando l'angolo dell'illuminatore.</li>
		<li>Regolare l'angolo della pellicola al centro riflette sul retro illuminazione luce visibile nell'immagine della telecamera al PL macchia causata da eccitazione HeNe. 
		Nota: Ai fini di allineamento, uno può chiudere il diaframma di campo per individuare il centro dell'area illuminata.</li>
		<li>Utilizzando solo la luce della lampadina, trovare un difetto superficiale o polvere sul campione guardando la telecamera. Cerca altre parti del campione come necessario spostando lateralmente L2.</li>
		<li>Leggermente toccare L obj in/out lungo l'asse ottico per rendere più nitido il bordo del difetto o polvere.</li>
		<li>Shift L2 indietro verso il centro del Monte.</li>
		<li>Visualizza il PL HeNe-emozionante spot sulla fotocamera e spostare L obj orizzontalmente in modo che lo spot di PL è 1-2 mm dal bordo spaccato del campione. 
		Nota: Per una distanza inferiore a 1 mm, la dispersione di laser dal bordo spaccato del campione sarebbe essere raccolti da obiettivo L obj. Mentre per una distanza troppo lontano dalla faccia spaccata, il fascio di eccitazione può un'attenuazione prima di raggiungere il QD, che riduce il potere di eccitazione massima disponibile.</li>
		<li>Shift L2 orizzontalmente fino il bordo spaccato del campione viene mostrato sulla fotocamera sotto illuminazione.</li>
		<li>Lentamente MAIUSC L obj verticalmente per cercare un laser luminoso posto sul bordo spaccato del campione, che è causato dalla dispersione del fascio risonante eccitazione il volto spaccati del campione.</li>
		<li>Il posto di PL causato da HeNe eccitazione al laser luminoso posto sul bordo spaccato del campione di livello.</li>
	</ol></li> <li>Riallineamento del percorso HeNe eccitazione rispetto alla nuova posizione della L obj . 
	Nota: Per massimizzare l'area scansionabile e minimizzare la vignettatura, è necessario ricentrare l'ottica di eccitazione e il fascio di eccitazione per quanto riguarda la posizione di L obj.
	<ol><li>Rimuovi L1 e L2. Centro il fascio di eccitazione su L obj, garantendo nel contempo la trave è nella direzione normale alla superficie del campione.</li>
		<li>Centro L2 sul Monte. Il fascio incidente eccitazione il centro sia L1 e L2. Impostare la distanza tra L1 e L obj per essere la somma delle due lunghezze focali, cioè, f 1 + f obj.</li>
		<li>Riposizionare L cam tali che è incentrato su riflessa HeNe fascio. Riposizionare la fotocamera tali che il HeNe eccitato PL (uso un filtro passa-lungo) è centrato sull'immagine.</li>
		<li>Regolare l'angolazione dell'illuminatore e la pellicola per centrare l'illuminazione luce su L2 e la PL macchia causata da HeNe eccitazione.</li>
	</ol></li> <li>Allineamento degli specchi M1 e M2. 
	Nota: Un laser diretto all'indietro attraverso lo spettrometro faciliterà l'allineamento.
	<ol><li>PL monitor HeNe-eccitato dal campione alla macchina fotografica. Centrare un iris (Iris A) su PL tra la pellicola e la M1.</li>
		<li>Centro lente L spec sulla trave inversa e inserirlo una lunghezza focale f spec lontano la fessura d'ingresso dello spettrometro.</li>
		<li>Inviare il fascio inverso dello spettrometro al campione via riflette due specchi, M1 e M2.</li>
		<li>Impostare un altro iris (Iris B) tra M2 e L spec e centro e sulla trave inversa.</li>
		<li>Steer M2 per centrare l'inverso trave su Iris A. Steer M1 per centrare il PL su Iris B. Repeat questo processo più volte fino a quando sono soddisfatti entrambi i criteri.</li>
		<li>Individuare il centro della fessura d'ingresso (30 μm larghezza) dello spettrometro sul CCD monitorando la diffrazione di ordine zero della luce camera.</li>
		<li>Aprire la fessura d'ingresso dello spettrometro. Utilizzando un filtro di passaggio lungo 800 nm, il PL dal campione in HeNe eccitazione può essere osservato sul CCD.</li>
		<li>Guidare la M1 al centro questo posto all'ingresso dello spettrometro e alla metà dell'altezza del CCD, a fessura e dirigere M2 per centrare il fascio inverso su Iris A. Repeat questo processo più volte fino a quando entrambi i criteri sono met.</li>
		<li>Allineamento delle lenti coppia L3 e L4: posizione L3 nel percorso della raccolta PL in una posizione che è f 2 + f 3 lontano obiettivo L2. L4 posto nel percorso di raccolta separati da L3 dalla somma delle loro lunghezze focali, f 3 + f 4. Regolare la posizione laterale della L4 al punto centrale del PL sul CCD.</li>
	</ol></li></ol> 4. La sovrapposizione del percorso della raccolta PL rispetto al percorso di eccitazione risonante <ol><li>Cool giù il campione a 4,2 K. Con l'eccitazione di sopra-banda, utilizzare lo spettrometro per individuare la lunghezza d'onda di emissione dello strato bagnante (in genere circa 880 nm).</li>
	<li>Impostare un filtro di passa-lungo nm di 800 F1 davanti L cam per bloccare la luce HeNe. Con l'aiuto della luce illuminante, shift L2 orizzontalmente per individuare il bordo spaccato del campione sulla fotocamera.</li>
	<li>Impostare la lunghezza d'onda di eccitazione lato essere risonante con lo strato di bagnatura. Individuare un punto di dispersione luminosa al bordo spaccato del campione sulla fotocamera.</li>
	<li>Osservare un &#34; modello striscia &#34; di fotoluminescenza sulla fotocamera regolando la posizione laterale della E1. Massimizzare l'intensità della striscia spostando lateralmente E1. 
	Nota: Il &#34; striscia &#34; è l'emissione di strato di bagnatura, che implica che il fascio di eccitazione è accoppiato in Guida d'onda del campione.</li>
	<li>E1 regolare verticalmente per spostare la striscia di sovrapposizione con il PL macchia causata dall'eccitazione di HeNe.</li>
	<li>Registrare l'intensità del livello di bagnatura PL. regolare E2 in una direzione, poi ri-ottimizzare la posizione di E1; nuovamente registrare l'intensità del PL e confrontare con il valore precedente.</li>
	<li>Se l'intensità è aumentata, ripetere la regolazione di E2 nella stessa direzione. Se l'intensità è diminuita, quindi invertire la regolazione di E2. Ripetere questa procedura per trovare le posizioni ottimale per E1 ed E2.</li>
</ol> 5. Risonante eccitazione di un singolo Quantum Dot < classe p = "jove_content"&gt; Nota: Ci sono due approcci possibili per realizzare risonante eccitazione di un singolo QD: tune (1) la frequenza di eccitazione del laser per abbinare una risonanza QD specifica; o (2) la frequenza del laser di scansione attraverso le energie di risonanza dell'ensemble QD fino a quando si osserva la fluorescenza di risonanza da un singolo QD.
<ol><li>Eccitazione metodo (1) - mirato: <ol><li>impostare lo spettrometro per monitorare la diffrazione di primo ordine al centro della lunghezza d'onda di emissione dell'ensemble QD sotto sopra eccitazione band-gap. Aprire la fessura d'ingresso dello spettrometro.</li>
		<li>Regolare la potenza dell'eccitazione sopra-band fino a quando uno sfondo incandescente viene visualizzato a causa di eccitazione della coda continuum degli Stati di strato di bagnatura. Chiudere l'ingresso a taglio a 30 μm.</li>
		<li>Shift L2 lateralmente per trovare un adatto QD - ad esempio, quella più luminosa in vista. Registrare la lunghezza d'onda del λ QD QD come misurato dallo spettrometro.</li>
		<li>Sintonizzare la lunghezza d'onda del laser risonante eccitazione per essere lo stesso valore di λ QD. 
		Nota: Spesso, lo spettrometro può captare il segnale debole della dispersione del laser risonante eccitazione dall'ottica. Se non, dirigere una scissione del fascio di eccitazione nello spettrometro.</li>
		<li>Massimizzare il QD &#39; intensità s PL a sul CCD di sintonizzazione della frequenza del laser di eccitazione. 
		Nota: Per alcuni QD, una piccola quantità di luce di HeNe è necessario per consentire il QD essere risonante eccitato 10 , 31 , 32. La potenza del laser HeNe richiesta è di solito così bassa - poche centinaia nanowatts - che nessuna fluorescenza causata solamente da questo fascio di HeNe può essere rilevato dal CCD.</li>
		<li>Massimizzare l'intensità di PL di QD regolando l'altezza e la posizione laterale della lente E1 e la posizione assiale della lente E2. Congiuntamente ottimizzare le posizioni delle lenti E1 ed E2 per massimizzare l'intensità della fluorescenza risonanza da QD.</li>
	</ol></li> <li>Metodo (2) - ricerca spettrale: <ol><li>impostare lo spettrometro per monitorare la diffrazione di primo ordine al centro della lunghezza d'onda di emissione dell'ensemble QD. Aprire la fessura d'ingresso dello spettrometro.</li>
		<li>Sintonizzare la frequenza del laser di eccitazione su tutta la gamma di energia dell'ensemble QD. Un risonante eccitato QD apparirà sul CCD come un puntino circondato da coppie di anelli ariosi. Scegli un QD che è luminoso.</li>
		<li>Massimizzare la sua intensità di PL di messa a punto la lunghezza d'onda del laser di eccitazione.</li>
		<li>Massimizzare l'intensità di PL del punto di regolazione in altezza e laterale posizione di E1and la posizione assiale della lente E2. Congiuntamente ottimizzare le posizioni delle lenti E1 ed E2 per massimizzare l'intensità della fluorescenza risonanza da QD.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

I passaggi critici nel protocollo sono: la modalità di corrispondenza e l'allineamento del fascio di eccitazione per la modalità di guida d'onda; e corretto allineamento e messa a fuoco dell'ottica insieme. Le parti più difficili di questi passaggi sono l'allineamento iniziale; ottimizzare l'accoppiamento di un'installazione già allineata è relativamente semplice. La raccolta e l'eccitazione aree sovrapposte è un passo che è semplice con la capacità di immagine per il campione sulla fotocamera, ma è molto diffic...

Eccitazione di risonanza di un emettitore di singolo quantum combinato con rilevazione della fluorescenza è stata una sfida sperimentale a lungo termine principalmente a causa dell'incapacità di discriminare spettralmente la fluorescenza debole dalla dispersione forte eccitazione. Questa difficoltà, tuttavia, è stato con successo superata nell'ultimo decennio da due diversi approcci: campo scuro confocale eccitazione basato su polarizzazione discriminazione1,2,3,4 ,5e ortogonali eccitazione-rilevazione basata su modalità spaziale discriminazione6,7,8,9,10,11, 12,13,14. Entrambi gli approcci dimostrano una forte capacità di sopprimere significativamente scattering laser e così ampiamente sono adottati in vari esperimenti, per esempio, osservazione di spin-fotone entanglement5,15, 16, dimostrazione di stati vestita2,7,12,17,18,19,20,21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26e manipolazione coerente di ristretti giri3,27,28,29,30. Né l'approccio può essere universalmente applicato ad ogni situazione; ognuno è limitato ad alcune condizioni specifiche. La tecnica del scuro-campo utilizza il grado di libertà di polarizzazione dei fotoni per sopprimere la dispersione del laser di eccitazione. Questa tecnica presenta diversi vantaggi. Ad esempio, non c'è nessun requisito per una modalità di guida d'onda ben definita, che consente solo confocale implementazione. L'implementazione confocale permette per eccitazione polarizzata circolarmente e possibilmente più stretta messa a fuoco del fascio di eccitazione l'emettitore di quantum, con conseguente più alta intensità di eccitazione. Tuttavia, questo metodo di polarizzazione-selettiva limita la polarizzazione di rilevazione per essere ortogonali per la polarizzazione di eccitazione e quindi impedisce una completa caratterizzazione delle proprietà di polarizzazione di fluorescenza. In confronto, discriminazione spaziale modalità conserva la completa libertà di polarizzazione di rilevamento utilizzando l'ortogonalità tra i modi di propagazione di fasci di eccitazione e rilevamento per sopprimere il laser scattering4. I vincoli di questa tecnica sono la necessità di una struttura di guida d'onda del campione per fornire una modalità di eccitazione ortogonale per la modalità di rilevamento e la restrizione della polarizzazione eccitazione per essere perpendicolare alla direzione di propagazione del fascio .
Qui, dimostriamo un protocollo per la costruzione di un setup di rilevamento-eccitazione ortogonali gratis-spaziali per esperimenti di risonanza di fluorescenza. Rispetto per il lavoro pionieristico sulla discriminazione modalità spaziale dove una fibra ottica è stata utilizzata per accoppiare luce nella cavità6, questo protocollo fornisce una soluzione nello spazio libero e non richiede componenti cinetiche per montare sia il campione o il fibra a criostato. Controllo fine delle direzioni del fascio di eccitazione e il percorso di rilevamento sono manipolati da ottiche esterne al criostato, mentre lenti asferiche singoletto agiscono come messa a fuoco degli obiettivi all'interno della regione fredda del criostato. Forniamo immagini rappresentative dei passaggi chiave allineamento nel processo di raggiungimento di eccitazione risonante e rilevamento della fluorescenza da un punto di singolo quantum.
Il campione utilizzato per questa dimostrazione è coltivato da epitassia da fasci molecolari (MBE). I punti quantici di InGaAs (QD) sono incorporati in un distanziatore di GaAs che è delimitato da due riflettori Bragg distribuiti (DBRs), come mostrato nella visualizzazione zoom-in di esempio nella Figura 1. Il distanziale di GaAs tra la DBRs agisce come una guida d'onda, dove il fascio di eccitazione viene confinato dalla riflessione interna totale. La DBRs fungono anche da specchi ad alta riflettività per wavevectors che sono quasi normale al piano del campione. Questo costituisce una modalità di Fabry-Perot a cui QD coppia quando emette fluorescenza. La modalità di Fabry-Perot deve essere risonante con il λ di lunghezza d'onda di emissione dei QD, che richiede il distanziale di GaAs sia un numero intero multiplo di λ/n, dove n è l'indice di rifrazione di GaAs. Per questa dimostrazione, lo spessore del distanziale GaAs viene scelto per essere 4 λ/n, che è di circa 1 µm, in modo da essere vicino a dimensione dello spot di diffrazione limitata del fascio incidente di eccitazione. Un distanziatore più ristretto si tradurrebbe in una minore efficienza di accoppiamento del fascio di eccitazione in modalità di guida d'onda.
La messa a punto sperimentale è illustrato nella Figura 1. Per massimizzare l'efficienza di accoppiamento, un obiettivo di singola lente asferica Eobj con apertura numerica NA = 0.5 e lunghezza focale di 8 mm è scelto di focalizzare il fascio di eccitazione sul viso spaccato del campione. La funzione del telescopio kepleriano (composto da coppia lente E1 ed E2) nel percorso di eccitazione è duplice: (1) per riempire l'apertura dell' obiettivo E eccitazioneobj così il fascio di eccitazione è focalizzato per la migliore corrispondenza di modalità per la guida d'onda (in Questa realizzazione il diametro del fascio collimato è 2,5 mm) e (2) per fornire tre gradi di libertà di manovra il punto focale del fascio di eccitazione il volto spaccati del campione. Obiettivo E1 è montati su un X-Y traslazionale che fornisce i due gradi di libertà di spostare il punto di eccitazione liberamente nel piano del viso fenduti campione. E2 lente è montata su uno zoom non rotante alloggiamento che fornisce la libertà di scegliere la profondità del punto focale nel campione. Questi tre gradi di libertà ci permettono di ottimizzare l'eccitazione risonante di un singolo QD senza richiedere spostamento dello stesso campione.
Nel percorso di raccolta di fluorescenza, una simile configurazione obiettivo (Lobj, L1 e L2) viene utilizzata per consentire il rilevamento della fluorescenza da diverse parti del campione. La luce dal campione è a fuoco da uno dei due lenti di tubo su sia una telecamera della IR-sensibile (Lcam) o la fessura di entrata dello spettrometro (Lspec). Movimento di L1 lungo l'asse z regola la messa a fuoco dell'immagine, e laterale traduzione di L2 determina l'immagine eseguire la scansione attraverso il piano del campione. Le lunghezze focali di L1 e L2 sono uguali, quindi loro ingrandimento è l'unità. Questo viene fatto per massimizzare la gamma che L2 può essere tradotto prima la vignettatura si verifica.
Per facilitare l'allineamento e la posizione di un QD, un illuminatore autocostruite basato su illuminazione di Kohler è incorporato nell'installazione, come mostrato nella Figura 1. Lo scopo di illuminazione di Kohler è di fornire un'illuminazione uniforme al campione e garantire che imago della sorgente luminosa illuminazione non è visibile nell'immagine di esempio. Le configurazioni di lente di entrambi l'illuminatore e il percorso della raccolta sono accuratamente progettate per separare gli aerei coniugato immagine del campione e la sorgente di luce. Ogni obiettivo nel percorso della raccolta è separato dai suoi vicini, dalla somma delle loro lunghezze focali. In questo modo ovunque l'immagine del campione è a fuoco – come il sensore della fotocamera – l'immagine della sorgente di luce è completamente defocused. Allo stesso modo, dove l'immagine sorgente luminosa è a fuoco – come al piano focale posteriore dell'obiettivo – l'immagine di esempio è completamente sfocato. La sorgente luminosa è un commerciale luminescente diodo (LED) che emettono 940 nm. Il diaframma di apertura consente la regolazione dell'intensità di illuminazione, e il diaframma di campo determina il campo di vista di essere illuminato. Sono le chiavi per realizzare un'illuminazione uniforme per impostare la distanza tra lente K4 e L2 per essere la somma delle lunghezze focali delle due lenti, e per garantire che l'apertura di Lobj non è troppo pieno dell'illuminazione. In questo protocollo, l'illuminazione è anche utilizzato per ottimizzare la distanza tra Lobj e il campione.
L' obiettivo Lobj e sia lente di tubo fornisce un ingrandimento di 20x la fotocamera o lo spettrometro. La coppia di lente L3 e L4 tra Lobj e Lspec forma un altro telescopio kepleriano che fornisce un supplemento di 4 ingrandimenti dell'immagine sul charge coupled device (CCD) dello spettrometro. L'aggiunta di L3 e L4 risultati in un ingrandimento totale di 80 x, che è necessario distinguere spazialmente fluorescenza da vicina QD. L3 e L4 sono montati il flipping monta per facilitare il passaggio dell'ingrandimento perché lenti ingrandimento 20x fornisce un campo visivo più grande sul campione.
Per sovrapporre il campo di vista del percorso insieme con il percorso del fascio di eccitazione attraverso la guida d'onda, l'emissione dal continuum del puntino di quantum strato di bagnatura è utile. Si può determinare la lunghezza d'onda di emissione dello strato bagnante misurando lo spettro di emissione del campione sotto sopra eccitazione band-gap. Per il nostro campione, emissione di strato di bagnatura si verifica a circa 880 nm a 4,2 K. Accoppiando un fascio laser di cw a 880 nm in Guida d'onda del campione, si può osservare un modello di striscia formata da PL dal livello di bagnatura, che viene mostrato nel video di accompagnamento. La striscia rivela il percorso di propagazione della luce di eccitazione che è stato accoppiato in Guida d'onda. La presenza di questa striscia combinata con l'abilità all'immagine la superficie del campione rende semplice l'allineamento.

<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 possibilità di eseguire la rilevazione simultanea di eccitazione e fluorescenza risonante è importante per le misure di ottica quantistica di punti quantici (QD). Risonante eccitazione senza rilevazione di fluorescenza – ad esempio, una misura di trasmissione differenziale – può determinare alcune proprietà del sistema di emissione, ma non consente applicazioni o misurazioni basate sui fotoni emessi. Ad esempio, la misurazione delle correlazioni di fotone, osservazione del tripletto Mollow e realizzazione di tutte le fonti di singolo fotone richiedono insieme della fluorescenza. Eccitazione incoerente con rilevazione della fluorescenza – ad esempio, di sopra della eccitazione band-gap – può essere utilizzato per creare fonti di singolo fotone, ma la dispersione dell'ambiente dovuto alla stimolazione riduce tali dei fotoni. Fonti di singolo fotone basati su QD dovranno essere risonante entusiasti di avere tali fotoni ad alta, e raccolta simultanea dei fotoni sarà necessario fare uso di essi. Dimostriamo un metodo risonante eccitare un singolo QD incorporato in una cavità planare accoppiando il fascio di eccitazione in questa cavità dalla faccia spaccata del campione durante la raccolta la fluorescenza lungo la direzione normale alla superficie del campione. Abbinando con attenzione il fascio di eccitazione per la modalità di guida d'onda della cavità, la luce di eccitazione può coppia nella cavità e interagire con il QD. I fotoni sparsi possono accoppiarsi per la modalità di Fabry-Perot della cavità e fuga nella direzione normale alla superficie. Questo metodo permette una completa libertà nella polarizzazione di rilevazione, ma la polarizzazione di eccitazione è limitata dalla direzione di propagazione del fascio di eccitazione. La fluorescenza dallo strato bagnante fornisce una guida per allineare il percorso della raccolta per quanto riguarda il fascio di eccitazione. L'ortogonalità delle modalità di rilevamento e di eccitazione consente risonante eccitazione di un singolo QD con sfondo di scattering laser trascurabile.

La figura 1 Mostra una realizzazione particolare delle attrezzature necessarie per realizzare risonante eccitazione di un puntino di singolo quantum. Altre realizzazioni sono possibili, ma i componenti critici sono: un percorso di eccitazione da abbinare a guida d'onda; un percorso di raccolta per guidare la fluorescenza per rivelatori; un percorso di eccitazione confocale per eccitare lungo il percorso della raccolta; e un percorso di illuminazione per conse...

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

Risonante eccitazione di un puntino di singolo quantum autoassemblati può essere raggiunto utilizzando una modalità di eccitazione ortogonale per la modalità di raccolta di fluorescenza. Dimostriamo un metodo utilizzando la guida d'onda e la modalità di Fabry-Perot di una microcavità planare che circondano i punti quantici. Il metodo permette una completa libertà nella polarizzazione di rilevazione.

Fluorescenza di risonanza di un puntino di InGaAs Quantum in una cavità planare usando rilevazione ed eccitazione ortogonale

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 Views.  West Virginia University. Risonante eccitazione di un puntino di singolo quantum autoassemblati può essere raggiunto utilizzando una modalità di eccitazione ortogonale per la modalità di raccolta di fluorescenza. Dimostriamo un metodo utilizzando la guida d'onda e la modalità di Fabry-Perot di una microcavità planare che circondano i punti quantici. Il metodo permette una completa libertà nella polarizzazione di rilevazione.

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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.

Rifiuto di fluorescenza di fondo in risonanza e spontanea microspettroscopia Raman

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

Ricerca

Bioingegneria

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.

Sintesi e funzionamento del fluorescente-core microcavità per il Rilevamento rifrattometrico

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

Ingegneria

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.

Misurazione della coerenza Decay in GaMnAs Uso femtosecondi four-wave mixing

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.

Realizzazione di un interferometro di riferimento per 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.

Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

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.

Risonanza Spettroscopia Raman di estrema nanofili e altri sistemi 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.

Alta Risoluzione Phonon-assisted Quasi-risonanza spettroscopia di fluorescenza

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.

Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

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.

A raggi infrarossi degenerato quattro-onda miscelazione con rilevamento di Upconversion per sensoristica quantitativa

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.

Imaging di fluorescenza con One nanometri Precisione (FIONA)

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