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Method Article
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.
고해상도 광 분광 방법은 하나의 기술 장비, 복잡성, 시간 또는 이들의 조합의 관점에서 요구된다. 여기에서 우리는 스핀 미세 구조와 단일 양자 도트 (양자점)의 균일 한 선폭의 이상으로 스펙트럼 기능을 해결하는 표준, 사용하기 쉬운 분석기 설정을 사용 할 수있는 광 분광 방법을 보여줍니다. 이 방법은 멀티 - 채널 광 발광 감지와 레이저 선폭 제한된 해상도의 이점을 결합하여 레이저 광 발광 스펙트럼을 모두 포함한다. 이러한 방식은 일반적인 단일 단계 분광계의 이상 해상도의 상당한 개선 할 수 있습니다. 상기 방법은 기저 상태 전이의 공진 여진 후 단일 양자 도트의 광 발광 측정을 돕기 위해 포논을 사용한다. 포논의 에너지 차이는 하나 분리하고 흥미로운 양자점을 레이저 광을 필터링 할 수 있습니다. 유리한 철이 방법의 ature은 대부분의 연구자에 액세스 할 수있는 표준 분광 설정,로 그 곧장 앞으로 통합이다.
고해상도 새로운 지식을 잠금 해제의 열쇠입니다. 이 지식으로, 새로운 기술은보다 센서보다 정밀한 제조 툴, 더 효율적인 연산 장치 등이 개발 될 수있다. 이 키를 생성하지만, 종종 자원, 시간 또는 이들의 높은 비용으로 온다. 이 문제는 전자 작은 스펙트럼 변화는 다음 먼 별에 행성의 검출 될 수 있습니다 천문학에 회전의 해제 degeneracies 해결의 원자 물리학에서 모든 규모에 걸쳐 편재. 1,2,3
이 작품의 초점은 표준 분광계 설정을 사용하고, 특히 반도체 광학 분야와 관련하여, 자사의 해상도 한계 이하 스펙트럼 기능을 해결하는 방법을 보여주는 것입니다. 제시된 예는 몇 μeV 정도이다의 InAs / GaAs로 양자점 (양자점)의 이방성 전자 - 정공의 (EH) 과거 분할된다. 4 분광계 (C)의 분해능 한계표준 PL 레이저 분광 기술을 조합함으로써 극복 될 수있다. 유사 공진 형광이 방법은 흔히 단일 단계 분광계를 사용하여 레이저 제한된 분해능을 달성하는 추가적인 장점을 갖는다.
단일 QD PL 스펙트럼에 대한 표준 분광 광학 시스템은 단일 스테이지 0.3-0.75 m 단색화 및 여기 레이저 광원과 함께 광학 장치 (CCD) 검출기 전하 결합 구성된다. 이러한 시스템은 기껏해야 약 950 nm의 근적외선 스펙트럼에서 50 μeV를 해결할 수있다. 비록 통계적 디콘 볼 루션 기술을 사용하여 이러한 단일 단색화 설정이 PL 측정에서 20 미만 μeV를 해결할 수 없다. 스펙트럼이고 5이 해상도 또한, 트리플 첨가제 모드에서 삼중 분광계를 사용하여 향상시킬 수있다 연속적으로 세 개의 격자에 의해 분산. 트리플 분광계 해결 가능한 해상도 증가하는 장점을 갖는다약 10 μeV. 다른 구성 트리플 감산 모드에서는, 첫 번째 두 격자들은 0.5 미만 meV 인에 의해 여진 및 검출을 분리 할 수 있다는 추가 된 기능을 제공하는 대역 통과 필터로서 동작. 트리플 분광계의 단점은 고가의 시스템이라는 것이다.
관심있는 방법을 제시하기 전에, 우리는 간단하게 추가 된 복잡성, 더 나은 스펙트럼 해상도를 달성하고 단일 양자점의 미세 구조를 해결할 수 있으며, 다른 실험 방법을 설명합니다. 이러한 방법의 요소는 제시된 방법에 적합하다. 하나의 이러한 방법은 단일 분석 장치 설치의 검출 경로의 패브리 - 페로 간섭 현상 (FPI)를 첨가한다. (6)의 해상도는 FPI의 기교에 의해 설정되어이 방법을 사용. 따라서, 분광기의 분해능은 낮은 복잡성 및 신호 강도의 비용 1 μeV으로 향상된다. 7 간섭계 방법은 또한 일반 operati 변경CCD 카메라와 분광계에 효과적으로 단일 포인트 검출기되고, 다양한 에너지를 통해 튜닝은 FPI 공동 자체를 조정함으로써 달성된다.
공명 형광 (RF) 스펙트럼은 단일 광학 전이 모두 흥분 및 모니터링 또한 고해상도 스펙트럼의 가능성을 제공하는 다른 방법. 스펙트럼 해상도는 레이저 선폭에 의해 한정되지 한 센서 신호 그러나 CCD의 픽셀 수를 검출하는 멀티 채널 검출기로서 CCD를 유지한다. 이 채널 감지 신호 평균화의 관점에서 유리하다. 단일 QD 수준에서 측정 할 때 RF 스펙트럼의 문제는 특히, 산란 된 레이저 광의 큰 배경에서 PL 신호를 분리한다. 수많은 기술 중 하나를 포함 편광 8 산란 레이저 광, 9 공간 또는 시간 간격 (10) 신호의 비율을 낮추기 위해 사용될 수있다여진 및 검출. 첫 번째는 산란광을 억제하는 높은 흡광 편광기를 사용하는 것이지만,이 방법은 PL에서 편광 정보 손실의 바람직하지 않은 결과를 갖는다. (8) 또 다른 가능한 방법은, 광 공동에 결합되는 반도체 시스템 엔지니어 공명 형광을 구하는 곳 여기 및 검출 경로가 공간적으로 분리된다. 이 큰 레이저 배경에서 PL 신호를 해결해야하는 문제를 제거한다. 그러나,이 방법은 집중 일반 자원에 복잡한 샘플 제조로 제한됩니다. (9)
또한 분 에너지 차이를 해결할 수있는 방법의 또 다른 클래스는 완전한 편광 정보 레이저 제한된 해상도를 달성하는 장점이 차동 전송, 순수한 레이저 스펙트럼의 그 것이다. 이 방법은 일반적으로 트랜스에 조금만 변화를 관찰하기 위해 잠금에서 검출이 필요합니다큰 레이저 배경에 비해 임무 신호. 11 최근 사용하거나하여, 20 %까지의 값으로 QD (들)와 상호 작용하는 레이저 광의 일부를 높일 주도 나노 진보 인덱스 매칭 고체 침지 렌즈 혹은 포토 닉 결정 도파로의 점 매립. 12
이 방법은 높은 에너지 분해능을 달성하는 능력을 가질지라도, 이들은 고가의 장비 복잡한 샘플 제조 및 정보 손실의 비용에서 온다. 이 작업의 방법은 일반적인 PL 설치에 장비 또는 샘플의 제조에 복잡성을 추가하지 않고이 세 가지 방법의 요소를 결합합니다.
최근 연구는 감산 모드 삼중 분광계 시스템으로는 양자점 분자 (QDM)의 2 광자 전이 주파수에서 단일 - 삼중 미세 구조를 시각화 할 수 있음을 보여준다.도 13의 순서에 관련 에너지 분할μeV 수십 약간의 전이로 공진을 여기하고 meV 인 미만 이내에 감지 할 수 삼중 차감 모드를 사용하여 해결 하였다. 스펙트럼 정보는 음향 포논과 다른 저지대 여기자 전환하여 전이 이하 모니터링하여 추출 하였다. 도 1에서 볼 수 있듯이이 방법은 또한 각각 8 μeV 4 μeV의 여기자 천이 이방성 EH 과거 분할 심지어 수명 한정 선폭을 해결하기 위해 적용될 수있다.이 결과와 유사하게,이 논문은 간단한에 초점 다른 방법은 고해상도 소유 많은 장점을 통합하는 것이다 분광계 설정. 추가적으로, CCD는 멀티 채널 검출기로서 남아있을 것이다. 실험 셋업은 다른 고해상도 분광법 상당히 저렴 대하여 유지하고 용이 한 점 상관 측정을 달성하기 위해 변형되는 추가 이익을 갖는다 할 수있다. 결과 날기 달리g 음향 포논과 트리플 분광계, 기본 키는 반도체 시료를 구성하는 반도체 및 관련 합금과 관련된 LO-포논 위성을 사용하는 것이다. LO-포논 위성 제로 포논 선 (ZPL) 사이의 에너지 간격은 1 단 분광기의 사용을 허용하는 그러한 샘플 meV 인 수십 정도이다. (14)이 에너지 분리 제안 의약의 사용을 허용 로 공진 천이를 구동하고 하나의 LO 포논 동등한 에너지에 의해 여기 아래 모니터링함으로써 -resonance 분광 방법. 하나는 여기 전이에 자극과 접지 상태 천이를 감시 여기서이 방법. 전이 사이의 분리가 기대되는 15 PL 여기의 것과 유사하고, LO-포논 위성 즉 억제하는 에지 통과 필터의 사용을 허용 탄성 빛을 산란. 포논 위성을 사용하는이 방법은 레이저 선폭 제한된 해상도를 허용흥미로 공진하기 때문에, 전이는 LO-포논 위성 방출 표시하게하는 유일한 시간이 일반적이다.
참고 : 다른 소프트웨어 패키지 대신에 사용될 수 있지만 설명하는 방법은, 특정 소프트웨어에 따라 다릅니다.
1. 샘플 준비 및 쿨 다운
2. 광학 설치
참고 : 모든 절차를 설정 한 경우, 제조업체 또는 다른 사용자 지정 프로그램에서 제공하는 소프트웨어를 사용하거나하여 레이저, 소스 미터, 분광기와 CCD를 실행합니다.
3. 준 공명 측정 설정
4. 데이터 수집
도면에 제시된 결과는 PL 측정을 돕기 위해 포논을 이용한 고해상도 기능을 나타낸다. 회로도 (도 2)의 여기 및 검출 모두 에지 통과 필터를 제외하고, 실험 장치는 편광 제어를 선택적으로 또한 표준 분광법 설치 남아 있음을 보여준다. 하나의 트리플 분광계 (그림. 3)과의 비교는 해상도에 포논를 이용한 방법의 큰 개선을 묘사한다. 이방성 어 분?...
The above instructions demonstrate the phonon-assisted quasi-resonance spectroscopy method. By exciting into a QD discrete state, one can monitor the phonon emission line, achieving high resolutions. In the example provided, by using phonons it is even possible to resolve the lifetime-limited linewidth of the neutral exciton visible in experiments. The method is easy to incorporate into existing PL spectroscopy setups. As mentioned, once the energy of the desired transition line is identified via non-resonant spectroscop...
저자는 공개 아무것도 없어.
저자는 샘플이 연구되고 제공하기 위해 해군 연구소에서 앨런 BRACKER 다니엘 훈제 햄을 인정하고 싶습니다. 이 작품은 캘리포니아 머 시드 대학에 국방 위협 감소 기관, 기초 연구 상 # HDTRA1-15-1-0011에 의해 (부분적으로) 지원되었다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Tunable Diode Laser DL pro | Toptica Photonics | DL Pro | |
Closed Cycle Cryogen Free Refrigerator System for Microscopy | Cryo Industries of America Inc. | Cryocool G2 | |
Sourcemeter | Keithley | 2611a | |
50X Mitutoyo Plan Apo NIR Infinity-Corrected Objective | Mitutoyo America Corporation | 378-825-5 | |
Turbo pump | Pfeiffer Vacuum | HiPace 80 | |
NIR coated Mirrors | Thor labs | BB1-E03 | |
Polarizers | Thorlabs | LPNIR050-MP | |
200 mm AR coated Achromatic lens | Thorlabs | AC254-200-B-ML | |
100 mm AR coated Achromatic lens | Thorlabs | AC254-100-B-ML | |
960 Long pass filter | Thorlabs | 960aelp | |
960 Short pass filter | Thorlabs | 960aesp | |
Liquid Crystal Variable Retarder | Meadowlark Optics | LVR-100 | |
0.75 m Spectrometer Acton SpectraPro | Princeton Instruments | Trivista | |
Liquid Nitrogen Cooled Camera | Princeton Instruments | 7508-0002 | |
External Camera | Watec | Wat-902H Ultimate | Optional |
Ostoalloy | Lake Shore Cryotronics | Ostalloy 158 | |
Gold wire (40 gauge) | Surepure Chemetals | Au-Wire-03-02 | |
Silver Epoxy | A.I. Technology | Prima-Solder EG8020 | |
Program Software | National Instruments | LabView |
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