Name: resonance fluorescence of an ingaas quantum dot in a planar cavity using orthogonal excitation and detection
Uploaded: 2017-10-13T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection at JoVE.com

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

주의: 유의 하시기 바랍니다 맞춤 동안 레이저 산란의 가능한 위험. 보호에 대 한 적절 한 안전 고글을 착용. 맞춤 과정을 촉진 하는 적외선 뷰어 (IR-뷰어)은 필요 합니다. 적외선-민감한 형광 카드 이지만 또한 도움이 필요 하지 않습니다.
 1. 샘플 준비는 다니엘의 원하는 위치에 샘플의 위쪽 표면에 조금만 스크래치 수 있도록 <ol><li>사용 다이아몬드 스크. 스크래치의 양쪽에는 샘플을 두 켤레 평면 종단 핀셋을 사용 합니다. 족집게와 바깥쪽 회전 토크를 적용 하 고 샘플 것 이다 다니엘. 
	참고: 긴 처음 고착, 홍보 하는 데 필요한 이며 그것은 가능성이 빛 커플링 불가능해 waveguide 레이어를 통해 잘라 것입니다. 쪼개진된 얼굴은 충분히 그것의 표면에 어떤 터치도 파 관 얼굴을 손상 될 수 있습니다 섬세 한.</li>
	<li>첨부 열 전도성 실버 페인트 또는 실버 에폭시를 사용 하 여 구리 시료 접시에 쪼개진된 샘플 조각. 
	참고: 쪼개진된 얼굴 플러시해야 장착 플레이트의 가장자리와 여기 레이저 간섭 없이 샘플 얼굴을 칠 것 이다 있도록.</li>
	<li>쪼개진 얼굴과 샘플 표면 광학 cryostat 창을 통해 액세스할 수 있도록는 cryostat에 동판을 탑재.</li>
</ol> 2. 공 진 여기 경로 맞춤 참고:는 파 관으로 커플링 효율을 극대화, 사고 여기 빔 프로 파일은 거꾸로 전파 빔을 종료 하는 상상과 일치 하는 도 파 관.
<ol><li>여기 레이저 빔 샘플의 쪼개진된 얼굴의 거친 정렬.
	<ol><li>광섬유 커플러 FC0의 자유도 사용 하 고 여기 렌즈 설치 하기 전에 샘플의 쪼개진된 얼굴에 여기 빔 직접 M0 거울.</li>
		<li>레벨 여기 빔 수평 광학 테이블에 관하여 및 샘플의 평면을 기준.</li>
	</ol></li> <li>여기 목표의 설치 E obj <ol><li>변환 자유의 3도로 변환 마운트에 비구 면 렌즈 E obj를 넣어. 레이저에 E obj를 중심 하 고 샘플의 중심으로 동일 하 게 E obj의 높이 설정.</li>
		<li>여기 경로 따라 샘플 뒤에 흰 종이 화면을 설정합니다. IR 뷰어를 사용 하 여 샘플에 전달 하는 레이저 빛으로 인해 종이에 밝은 반점을 관찰.</li>
		<li>분명 실루엣까지 천천히 샘플을 향해 슬라이드 E obj 샘플의 이미지는 종이에 볼 수 있습니다. 밝은 반점의 중간에 실루엣을 중앙 전자 obj의 높이 측면 위치를 조정.</li>
		<li>E obj 샘플을 향해 천천히, 슬라이딩 유지 하 고 화면에 실루엣 이미지 경험 확대. 한편, E obj (왼쪽/오른쪽) 실루엣 이미지의 수평 이동 보상의 측면 위치를 조정. 
		참고: 샘플 전자 obj의 느린 운동 동안 회절 변두리 어느 시점에 나타나는 시작할 것 이다. 이 샘플의 표면 층에 집중된 자리를 넣어 새로운 참조를 제공 합니다.</li>
		<li>천천히 샘플을 향해 전자 obj를 슬라이딩 유지 합니다. E obj의 각 위치에서 shift E obj 왼쪽/오른쪽 화면에 변두리에 대 한 보고를 표시 한 프린지까지 프린지 간격 증가. 
		참고: 변두리, 왼쪽 및 오른쪽 샘플 표면에의 2 개 그룹 것.</li>
		<li>슬라이드 E 찾을 obj 변두리 표시의 수를 최소화 하는 위치에 Eobj.</li>
	</ol></li> <li>망원경 렌즈 E1 및 e 2의 <ol><li>중심 레이저 빔으로 여기 경로에 E1 및 E2 렌즈를 삽입. 그들의 초점 길이의 합계의 위치 E2이 E obj에서 구분. E1 및 E2 그들의 초점 길이, 예를 들어, f 1 + f 2의 합을 구분 설정 = 150 m m.</li> <li>IR-시청자와 함께 종이에 실루엣과 회절 패턴 관찰. E1 밝은 레이저 조명 자리 가운데에 실루엣을 중앙의 높이 조정.</li>
		<li>슬라이드 e 2 쪽으로 또는 E1 E1의 가로 위치를 조정 하는 동안 멀리. 보안 E1 및 E2 위치 둘 다 그룹 프린지에서 사라집니다 또는 보기. 변두리의 최소 수를 보여</li> <li>E1, 전에 유류 세로 방향된 편광판을 삽입 하 고 여기 빔. 센터 참고: 일부 편광판을가지고 약간의 쐐기 각도, 있는 경우 여기 빔 각도 편차를 경험할 것 이다. E1 및 e 2를 사용 하 여이 편차 보상.</li>
	</ol></li></ol> 3. Photoluminescence 컬렉션 경로 맞춤 참고: 수집 경로에 내장 된 이미징 시스템의 성능을 주로 때문에 그것의 짧은 초점 길이 (L obj의 위치 정밀도 의해 결정 됩니다 f obj = 10 m m, NA = 0.55). 2 일반에 단계가 L obj의 정렬: HeNe 레이저를 사용 하 여 잘는 조명 기 및 GaAs의 대량 여 기자 방출을 사용 하 여 조정 거친 정렬. 이러한 정렬 단계 샘플 실 온에서 수행 됩니다.
<ol><li>위의 밴드-갭 (HeNe) 여기 경로 카메라의 설치의 정렬: <ol><li>단일 모드 섬유에 위의 밴드 갭 레이저 빔 (HeNe) 커플.</li>
		<li>직접 m 3 미러를 통해 샘플에 섬유 겨냥 틀 FC1에서에서 출력 빔.</li>
		<li>레이저 센터에 수평 기울기 FC1 쪼개진된 모서리에서 약 1 m m 샘플에 명소입니다. 수평 이동의 바로 위 또는 아래 입사 빔 레이저 빔 다시 반사 하는 M3 기울기. 여러 번 두 기준까지이 과정을 반복 하십시오.</li>
		<li>기울기 FC1 및 m 3은 수직으로 샘플에서 광학 테이블 및 그것 지시 계속 HeNe 빔 수준.</li>
		<li>IR 뷰어를 사용 하 여 샘플에 공 진 레이저와 HeNe 레이저 명소를 찾을 수 있습니다. HeNe 레이저 반점의 센터 공 진 레이저 자리와 같은 높이에 있는지 확인 합니다. 만약에 아닙니다, FC1 및 M3 HeNe 빔은 테이블 수준 유지 하면서 빔 높이 맞게 사용.</li>
		<li>비 편광 빔 스플리터 큐브 (90: 10), NPBS, HeNe 경로 삽입. 사고 HeNe 빔에 큐브 센터.</li>
		<li>컬렉션 경로 샘플, 반사에서 하나, 하나 큐브 내에서 내부 반사에서 빔 스플리터 출력에서 두 광선을 찾습니다.</li>
		<li>두 광선은 출구에서 쉽게 분리 될 수 있다 그런 작은 각도 (~ 5도)에 의해 큐브를 회전 합니다. 카메라에 맞게 샘플 표면에서 반영 빛 원유 가이드로 사용할 수 있습니다. 
		참고: 내부 반사 광선의 방향을 변경 되지 것입니다 때 큐브는 수직 축에 대해 회전.</li>
		<li>수준 광학 탭 관련 큐브함으로써 HeNe 빔 해당 큐브의 내부 내부 반사 하 르는 들어오는 광속으로 동일한 높이로.</li>
		<li>넣어 IR 민감한 카메라 뒤의 경로에 반영 HeNe 빔. 200mm의 초점 거리와 튜브 렌즈 L 카메라를 사용 하 여 샘플 이미지 카메라에 초점을. 
		참고: 집에서 만든 튜브 시스템 보듯이 그림 1, 길 잃은 방 빛이 카메라에 의해 감지 되 고 이동 하는 것을 방지 캠 렌즈 L 집에 사용 됩니다.</li>
		<li>카메라와 함께 샘플에서 PL의 관측을 허용 하는 800 nm 긴 패스 필터, F1, 빛, HeNe 걸러 L 캠 앞 설정.</li>
	</ol></li> <li>설치 및 렌즈의 위치의 최적화 L obj <ol><li>변환 자유의 3도로 변환 마운트에 비구 면 렌즈 L obj를 넣어. L obj HeNe 레이저에 센터와 초점, f obj 샘플에서 분리 설정 = 10 m m.</li>
		<li>세트 렌즈를 1과 L2 쌍 (f 1 = f 2 = 50 m m)는 X-Y 변환 마운트 어디 한쪽 고정 하 고 다른 쪽은 마이크로미터에 의해 제어 하는 측면 평면에서 움직이는 사용 하 여. 
		참고: 렌즈 L2 마운트의 움직일 수 있는 쪽으로 갑니다. L1 렌즈 튜브에 의해 개최 하 고 마운트의 고정된 측에 연결 된. 튜브 시스템/광학 축을 따라 L1 들고 렌즈 튜브를 속이 고 여 두 렌즈 사이의 거리를 조정 하는 자유를 제공 합니다.</li>
		<li>100 mm. 두 렌즈 사이의 거리를 설정는 마이크로미터를 조정 하 여 산의 중심에 설정 L2.</li>
		<li>는 NPBS와는 cryostat HeNe 경로에 l 1와 L2 렌즈 콤보를 삽입합니다. Obj f obj + f 1를 l 1와 L 사이의 거리를 설정 합니다. L 1과 L2 사건 HeNe 빛에 센터.</li>
		<li> 그림 1에서 같이 컬렉션 경로에 조명 기 및 박막을 삽입 합니다. 사이의 거리를 설정 렌즈 k 4와 L2 그들의 초점 길이의 합.</li>
		<li>는 조명 기의 각도 조정 하 여 L2에 조명 빔 센터.</li>
		<li>센터 다시 조명 PL 자리에 카메라 이미지에 표시 HeNe 흥분으로 인 한 빛을 반영 하는 박막의 각도 조정. 
		참고: 맞춤, 목적 하나 닫을 수 조명 영역의 중심을 찾을 필드 막.</li>
		<li>조명 빛만을 사용 하 여 찾을 표면 결함 또는 먼지 샘플에서 카메라를 보고. L2를 옆으로 이동 하 여 필요에 따라 샘플의 다른 부분을 검색.</li>
		<li>약간 L obj/밖으로 결함이 나 먼지의 가장자리 날카로운 수 있도록 광학 축을 따라 누릅니다.</li>
		<li>Shift L2 다시 마운트의 중심.</li>
		<li>보기 HeNe 흥분 PL 카메라에 자리 하 고 PL 자리는 샘플의 쪼개진된 가장자리에서 1-2 m m L obj를 가로로 이동. 
		참고: 1 보다는 작은 거리에 대 한 mm, 샘플의 쪼개진된 가장자리에서 레이저 산란 것 수집 목적 L obj에 의해. 쪼개진된 얼굴에서 너무 멀리 거리에 대 한 동안 여기 빔 감쇠는 최대 전원을 사용할 수를 감소 시키는 QD를 도달 하기 전에 경험할 수 있습니다.</li>
		<li>Shift L2 샘플의 쪼개진된 가장자리까지 가로 조명 아래 카메라에 표시 됩니다.</li>
		<li>천천히 변화 L obj 세로로 밝은 레이저 샘플, 샘플의 쪼개진된 얼굴에 공 여기 광선의 산란에 의해 발생의 쪼개진된 가장자리에 자리를 찾을 것.</li>
		<li>샘플의 밝은 레이저 쪼개진된 가장자리에 자리에 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리 레벨.</li>
	</ol></li> <li>새로운 위치에 관하여 HeNe 여기 경로의 재배치 L obj . 
	참고: scannable 영역을 극대화 하 고 비네팅 최소화, 그것은 필요가 다시 여기 광학 및 L obj의 위치에 관하여 여기 빔 센터.
	<ol><li>제거 L1 그리고 L2입니다. 샘플의 서피스 수직 방향을 광속을 확보 하면서 L obj에 여기 빔 센터.</li>
		<li>센터 L2 마운트에. L 1과 L2 모두는 사고 여기에 센터. Obj 두 초점 길이, 즉, f 1 + f obj의 합 수를 l 1와 L 사이의 거리를 설정.</li>
		<li>위치 변경 L 캠 등 중심 반사 HeNe에 빔. HeNe PL (긴 패스 필터 사용) 흥분 등 중심 이미지에 카메라 위치.</li>
		<li>는 조명 및 조명 HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 l 2에 빛 가운데 박막의 각도 조정.</li>
	</ol></li> <li>거울 M1 및 m 2의 맞춤. 
	참고: 뒤로 분석기를 통해 감독 레이저 맞춤을 촉진할 것 이다.
	<li>모니터 HeNe 흥분 PL 카메라 샘플에서 <ol>. 박막와 M1 사이 PL에 아이리스 (아이리스 A) 센터.</li>
		<li>센터 L 사양 역 광선에 렌즈를 멀리는 분석기의 입구 슬릿 1 초점 거리 f 사양.</li>
		<li>M1 및 M2, 두 개의 거울 반영 하 여 샘플 역방향 빔은 분석기에서 보냅니다.</li>
		<li>다른 아이리스 (아이리스 B) m 2와 L 사양 및 센터 사이 설정 역 광선에.</li>
		<li>반대로 중앙 조종 M2 빔 아이리스 B. 반복에 PL 센터를 아이리스 A. 조종 M1에이 프로세스 여러 번 두 조건이 충족 될 때까지.</li>
		<li>룸 빛의 0 차 회절을 모니터링 하 여 CCD에 계의 입구 슬릿 (30 μ m 폭)의 중심을 찾습니다.</li>
		<li>는 분석기의 입구 슬릿을 엽니다. 800 nm 긴 패스 필터를 사용 하 여 PL HeNe 여기 아래 샘플에서 CCD에 관찰 될 수 있다.</li>
		<li>센터 입구에이 자리는 분석기와는 CCD의 중간 높이에 슬릿과 아이리스 A. 반복 두 조건이 충족 될 때까지 여러 번이이 과정에 역 광선 가운데 M2 조종 조종 M1</li>
		<li>렌즈의 맞춤 쌍 L3 및 L4: f 2 + 렌즈 l 2에서 f 3 위치에서 PL 컬렉션 경로에 위치 L3. 장소 L4 수집 경로에 그들의 초점 길이, f 3 + f 4의 합으로 L3에서 분리. CCD에 센터 PL 자리 L4의 측면 위치를 조정.</li>
	</ol></li></ol> 4. 공 진 여기 경로 대해 PL 컬렉션 경로의 중복 <ol><li>멋진 샘플 4.2 공화국을 아래로 위 밴드 여기 일로 계층의 방출 파장을 정확 하 게는 분석기 사용 (일반적으로 약 880 nm).</li>
	<li>는 HeNe 빛을 차단 하는 800 nm 긴-패스 필터를 F1 L 캠 앞에서 설정 합니다. 조명 빛의 도움으로, 수평으로 카메라에 샘플의 쪼개진된 가장자리를 찾으려고 L2 이동.</li>
	<li>측면 여기 파장 일로 레이어와 공 수를 설정 합니다. 카메라에 샘플의 쪼개진된 가장자리에 밝은 산란 장소를 찾습니다.</li>
	<li>관찰 한 &#34; 줄무늬 패턴 &#34; photoluminescence E1의 가로 위치를 조정 하 여 카메라의. E1을 옆으로 이동 하 여 행진의 강도 극대화. 
	참고: 있는 &#34; 행진 &#34; 여기 빔 샘플의도 파 관에 결합 하 여 의미 있는 일로 레이어 방출은.</li>
	<li>HeNe 흥분으로 인 한 PL 자리와 중복 연속 이동 하려면 수직 조정 E1.</li>
	<li>한 방향으로 흐른다 레이어와 줘. 조정 e 2의 강도 기록 다음 다시 최적화 E1의 위치; 다시 PL의 강도 기록 하 고 이전 값을 비교.</li>
	<li>강도 증가 했다 E2의 조정 같은 방향으로 반복 합니다. 강도 감소 하는 경우 다음 조정 e 2의 반전. E1 및 e 2에 대 한 최적의 위치를 찾기 위해이 절차를 반복.</li>
</ol> 5. 단일 양자 점의 공 여기 참고: 단일 QD의 공명 여기 실현 가능한 방법은 두 가지: (1) 조정 특정 qd는 공명;에 맞게 레이저의 여기 주파수 또는 (2) 공명 형광 단일 qd는에서 관찰 될 때까지 qd는 앙상블의 공명 에너지에 걸쳐 레이저 주파수를 스캔.
<ol><li>방법 (1)-대상 자극: <ol><li>설정 밴드 갭 여기 위에서 아래 qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기. 계의 입구 슬릿 엽니다.</li>
		<li>빛나는 배경 일로 레이어 상태 연속체 꼬리의 흥분 때문에 나타날 때까지 위의 밴드 여기의 힘을 조정 합니다. 30 μ m에 슬릿 입구 닫습니다.</li>
		<li>Shift L2 옆으로 보기에 적합 한 qd는-예를 들어 밝은 하나를 찾을 수. QD는 분석기에 의해 측정 된 qd는 λ의 파장을 기록.</li>
		<li>Λ qd는으로 동일한 값이 되도록 공명 여기 레이저의 파장 조정. 
		참고: 자주는 분석기 광학에서 공명 여기 레이저의 산란의 약한 신호를 선택할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우는 분석기에 흥분 광속의 분할에서 직접.</li>
		<li>극대화는 qd는 &#39; 여기 레이저의 주파수를 조정 하는 벌금으로 CCD에 강도의 PL. 
		참고: 일부 QDs HeNe 빛의 작은 금액은 필요 될 흥분된 resonantly 10 , , 31 32 QD를 허용 합니다. 필요한 HeNe 레이저 파워는 일반적으로 낮은-몇 백 nanowatts-아무 형광이 HeNe 빔에 전적으로 기인 하는 CCD에 의해 검출 될 수 있다 그래서.</li>
		<li>높이 렌즈 E1의 측면 위치와 렌즈 e 2의 축 위치를 조정 하 여는 QD의 PL 강도 극대화 합니다. E1 및 E2는 QD에서 공명 형광의 강도 극대화 하기 위해 렌즈의 위치를 공동으로 최적화.</li>
	</ol></li> <li>방법 (2)-스펙트럼 검색: <ol><li>qd는 앙상블의 방출 파장의 중심에 1 차 회절을 모니터링 하는 분석기를 설정. 계의 입구 슬릿 엽니다.</li>
		<li>Qd는 앙상블의 에너지 범위에서 여기 레이저의 주파수를 조정합니다. Resonantly 흥분된 qd는 CCD에 둘러싸여 공기 반지 몇 점으로 표시 됩니다. 밝은 QD를 선택 하십시오.</li>
		<li>괜찮아 여기 레이저의 파장을 튜닝 하 여 PL 강도 극대화.</li>
		<li>높이 조정 하 여 도트의 PL 강도 극대화 하 고는 측면 위치 E1and의 렌즈 e 2의 축 위치. E1 및 E2는 QD에서 공명 형광의 강도 극대화 하기 위해 렌즈의 위치를 공동으로 최적화.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<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>

저자는 공개 없다.

프로토콜의 중요 한 단계: 일치 하는 모드와도 파 관 모드; 여기 광선의 맞춤 적절 한 정렬 및 컬렉션 광학의 초점. 이 단계의 가장 어려운 부품은 초기 정렬; 이미 정렬 된 설치의 연결을 최적화 하는 것은 비교적 간단 합니다. 수집 및 공급 분야를 중복 카메라에 샘플 이미지를 간단 하지만이 기능 없이 매우 어려운 단계입니다. 높은-품질 이미징 하기 위해서는 적절 한 Kohler 조명이 중요 합니다. Ko...

형광 탐지와 결합 하는 단일 양자 미터의 공 여기 괴기 하 게 강한 여기 산란에서 약한 형광을 차별 하는 무 능력 때문에 주로 장기 실험 도전 이었다. 그러나이 어려움,, 되었습니다 성공적으로 극복 했다 지난 10 년간에서 두 가지 다른 방법으로: 어두운 필드 confocal 여기 분극 차별1,2,,34 에 따라 5, 그리고 공간 모드 차별6,7,,89,10,11에 따라 직교 여기 검색 12,,1314. 두 방법 모두 크게 레이저 산란을 억제 하는 강력한 기능을 보여 줍니다 및 따라서 광범위 하 게 다양 한 실험, 스핀 광자 녹 채5,15, 의 예를 들어 관찰에서에서 채택 16, 옷된 상태2,7,12,17,,1819,20,21 의 데모 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26, 그리고 한정 된 스핀3,,2728,29,30의 일관 된 조작. 어느 접근; 모든 상황에 보편적으로 적용 될 수 있습니다. 각각은 일부 특정 조건에 제한 됩니다. 다크 필드 기술 여기 레이저 산란을 억제 하는 광자의 편광도 자유를 활용 합니다. 이 기술은 몇 가지 장점이 있습니다. 예를 들어 confocal 전용 구현 수 있는 잘 정의 된도 파 관 모드에 대 한 필요가 있다. Confocal 구현 원형 편광된 여기 및 더 높은 자극 강도에 따른 양자가 미터에 여기 광선의 가능성이 더 단단한 초점에 대 한 수 있습니다. 그러나,이 분극 선택적 메서드 여기 편광에 직각이 되도록 감지 편광을 제한 하 고 따라서 형광의 분극 속성의 완전 한 특성을 방지. 비교에서는, 공간 모드 차별 여기 및 탐지 빔 레이저 산란4억제 하의 전파 모드 간에 직교를 이용 하 여 감지 편광의 완전 한 자유를 유지 합니다. 이 기술은의 제약은 검출 모드를 직교 흥분 모드를 제공 하는 샘플에도 파 관 구조의 필요성 및 광선의 전파 방향에 수직이 되도록 여기 분극의 제한 .
공명 형광 실험을 위한 자유 공간-기반 직교 여기 탐지 설정 구성에 대 한 프로토콜을 설명 합니다. 광섬유 빛 구멍6으로 하 사용 되었다 공간 모드 차별에 선구적인 작품에 비해,이 프로토콜 공간 솔루션을 제공 한다 고 운동 구성 요소 중 샘플을 탑재 필요로 하지 않는다 또는 cryostat에서 섬유입니다. 여기 광선의 탐지 경로 방향의 미세 제어 내의 비구 면 렌즈는 cryostat의 차가운 영역 내 목표 초점 역할을 하는 동안 광학 외부 cryostat에 의해 조작 됩니다. 우리는 키 정렬 단계 공명 여기 및에서 단일 양자 점 형광의 탐지를 달성 하는 과정의 대표적인 이미지를 제공 합니다.
이 데모 사용 하는 샘플 분자 빔 피 (MBE)에 의해 생산 됩니다. InGaAs 양자 점 (QDs) 그림1에서 샘플 확대 보기와 같이 두 개의 분산 된 브래그 반사 경 (DBRs)으로 제한 된 GaAs 공백에 포함 됩니다. GaAs 스페이서는 DBRs 사이 여기 빔 총 내부 반사에 의해 국한 되는 파 관으로 작동 합니다. DBRs는 또한 거의 평면에 수직 샘플은 wavevectors에 대 한 높은 반사 거울 역할을 합니다. 이것 Fabry 페로 모드에는 QDs 커플 형광을 방출 하는 때 형성 한다. Fabry 페로 모드는 정수 GaAs 스페이서는 QDs의 방출 파장 λ와 공 진 해야 λ/n, 여기서 n은 GaAs의 굴절 색인의. 이 데모에 대 한 GaAs 스페이서의 두께 약 1 µ m, 사고 여기 빔 회절 제한 자리 크기 가까이 있도록 4λ/n, 되도록 선택 됩니다. 좁은 스페이서도 파 관 모드에 흥분 광속의 낮은 커플링 효율 귀 착될 것 이다.
실험적인 체제는 그림 1에 표시 됩니다. 숫자 조리개 나 비구 면 단일 렌즈 목표 Eobj 커플링 효율을 극대화 하기 위해 0.5 = 8 mm의 초점 거리 샘플의 쪼개진된 얼굴에 흥분 광속을 초점을 선택입니다. 여기 경로에서 Keplerian 망원경 (렌즈 쌍 E1 및 e 2의 구성)의 기능은 두 배: (1) 여기 빔 밀접 하 게 일치를 위한 더 좋은 모드-(도 파 관에 초점을 맞춘 그래서 여기 목표 Eobj 의 조리개를 채우기 위해 이 실현 조명을된 빔 직경은 2.5 m m), 및 (2) 샘플의 쪼개진된 얼굴에서 여기 광선의 초점을 책략 하는 자유의 3도 제공 하. 렌즈 E1 쪼개진된 샘플 얼굴의 평면에서 자유롭게 여기 자리를 이동 하기 위하여 2 개의 자유도 제공 하는 X-Y 변환 마운트에 장착 됩니다. 렌즈 E2 주택 샘플에 초점의 깊이 선택할 자유를 제공 하는 비 회전 줌에 거치 된다. 자유의 세 학위 수 샘플 자체의 움직임을 필요 없이 단일 QD의 공 여기를 최적화.
형광 컬렉션 경로에 비슷한 렌즈 구성 (Lobj, L1 및 L2)는 샘플의 다른 부분에서 형광의 탐지를 허용 하는 데 사용 됩니다. 샘플에서 빛은 중 적외선-민감한 카메라 (L캠)에 두 개의 튜브 렌즈 중 하나 또는 분석기 (L사양)의 입구 슬릿에 초점. L1의 z 축 따라 모션 이미지의 초점을 조정 하 고 L2의 측면 번역 이미지 샘플의 평면에 걸쳐 검사를 합니다. L1과 L2의 초점 길이 그래서 그들의 확대는 통일. 이 L2 vignetting 발생 하기 전에 변환 될 수 있는 범위를 최대화 하기 위해 이루어집니다.
맞춤 및 위치는 QD의 촉진, 하 그림 1에서 보듯이 Kohler 조명에 따라 가정 건축 조명 설치 프로그램에 통합 됩니다. Kohler 조명의 목적은 시료에 균일 한 조명을 제공 하 고 i조명 광원의 마법사 샘플 이미지에 표시 되지 않습니다. 렌즈 구성에 조명 기 및 수집 경로 샘플 및 광원의 어원이 이미지 평면을 분리 하 신중 하 게 설계 되었습니다. 모든 렌즈 컬렉션 경로에 그들의 초점 길이의 합으로 이웃에서 분리 된다. 그러면 그 때마다 샘플 이미지 초점--카메라의 센서에서 광원 이미지는 완전히 defocused 같은. 마찬가지로, 어디는 광원 이미지는 초점-목표-의 후 초점면에서 샘플 이미지는 완전히 defocused 같은. 광원에는 상업 발광 다이오드 (LED) 940에서 방출은 nm. 조리개 다이어 프 램 조명 강도 조정 가능 하며 필드 다이어 프 램 조명 수를 보기의 필드를 결정 합니다. 균일 한 조명 실현에 키 사이의 거리를 설정 하는 k 4와 L2 두 렌즈의 초점 길이의 합 렌즈 및 조명 L의 조리개 되도록obj overfilled 하지는. 이 프로토콜에서 조명도 Lobj 와 샘플 사이의 거리를 최적화 하기 위해 사용 됩니다.
목표 Lobj 와 어느 튜브 렌즈 카메라 또는 분석기에 20x의 확대를 제공 한다. Lobj 와 L사양 렌즈 쌍 L3 및 L4는 분석기의 충전-결합 소자 (CCD)에 이미지를 추가 4 배 확대를 제공 하는 또 다른 Keplerian 망원경을 형성 한다. L3 및 L4 결과 공간 인근. QDs L3 및 L4에서 형광을 구별 하는 데 필요한 80 x의 총 확대에 튀기기 때문에 확대의 전환 촉진에 마운트에 탑재 하는 렌즈의 추가 20 배 확대 샘플에 더 큰 시야를 제공합니다.
중첩 컬렉션 경로도 파 관을 통해 흥분 광속의 경로를 보기의 필드, 레이어 일로 양자 도트의 연속성에서 방출은 도움이 된다. 하나는 밴드 갭 여기 위에서 아래 샘플의 방출 스펙트럼을 측정 하 여 습윤 층의 방출 파장을 확인할 수 있습니다. 우리의 샘플에 대 한 레이어 방출 일로 발생 합니다 약 880 nm 4.2 공화국에서 880에서 cw 레이저 빔 커플링 하 여 샘플의도 파 관에 nm, 사람은 동반 비디오에 표시 하는 일로 계층에서 PL에 의해 형성 된 줄무늬 패턴을 관찰할 수 있다. 행진은도 파 관에 결합 된 흥분 빛의 전파 경로를 보여준다. 이 행진 이미지 샘플의 표면 수와 결합의 존재 맞춤을 간단해 집니다.

<table><tbody><tr><td>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

동시 공 여기 및 형광 탐지를 수행 하는 능력은 양자 점 (QDs)의 양자 광학 측정에 대 한 중요 합니다. -예를 들어 차동 전송 측정-형광 없는 공명 여기 발광 시스템의 일부 속성을 확인할 수 있습니다 하지만 응용 프로그램 또는 내보낸된 광자에 따라 측정을 허용 하지 않습니다. 예를 들어 광자 상관 관계의 측정, Mollow 세 개의 관찰과 단일 광자 소스 모든의 형광의 컬렉션을 필요 합니다. -예를 들어 위의 밴드 갭 여기-형광 검출 조리 여기 단일 광자 소스를 만드는 데 사용할 수 있지만 여기는 환경 장애 감소는 광자의 indistinguishability. 단일 광자 소스 기반 QDs resonantly 높은 광자 indistinguishability, 기쁘게 생각 이어야 할 것 이다 고 광자의 동시 컬렉션 만들 필요가 있을 것입니다 그들을 사용. 샘플의 서피스 수직 방향 따라 형광을 수집 하는 동안 샘플의 쪼개진된 얼굴에서이 구멍에 여기 빔 커플링 하 여 평면 캐비티에 포함 된 resonantly 단일 QD를 자극 하는 방법을 설명 합니다. 신중 하 게 일치 하는 구멍의도 파 관 모드를 여기 빔에 의해 흥분 빛 캐비티에 커플 하 고는 qd는 상호 작용 수 있습니다. 흩어져 광자 수 구멍 그리고 표면 정상적인 방향으로 탈출의 Fabry 페로 모드로 몇 가지. 이 메서드는 검색 분극에 완전 한 자유를 수 있습니다 하지만 여기 분극 여기 광선의 전파 방향에 의해 제한 된다. 일로 계층에서 형광 흥분 광속에 관하여 수집 경로 맞게 가이드를 제공 합니다. 구동 및 검출 모드의 직교 무시할 레이저 산란 배경으로 단일 QD의 공명 여기가 있습니다.

그림 1 에서는 단일 양자 점의 공 여기를 달성 하기 위해 필요한 장비에의 한 특정 실현. 다른 현실화 가능 하지만 중요 한 구성 요소는: 부부는도 파 관;에 대 한 흥분 경로 형광 검출기; 가이드를 컬렉션 경로 수집 경로 따라 자극 하는 confocal 여기 경로 그리고 샘플 표면의 이미징 수 있도록 조명 경로.
두...

Watch this Scientific Journal Video about Resonance Fluorescence of an InGaAs Quantum Dot in a Planar Cavity Using Orthogonal Excitation and Detection at JoVE.com

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

공 여기 자기 조립된 단일 양자 점의 형광 컬렉션 모드를 직교 흥분 모드를 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 우리는 파 관 및 양자 점 들을 둘러싼 평면 microcavity의 Fabry 페로 모드를 사용 하 여 메서드를 보여 줍니다. 메서드 검색 분극에 완전 한 자유를 수 있습니다.

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

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

9.1K 조회수.  West Virginia University. 공 여기 자기 조립된 단일 양자 점의 형광 컬렉션 모드를 직교 흥분 모드를 사용 하 여 얻을 수 있습니다. 우리는 파 관 및 양자 점 들을 둘러싼 평면 microcavity의 Fabry 페로 모드를 사용 하 여 메서드를 보여 줍니다. 메서드 검색 분극에 완전 한 자유를 수 있습니다.

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

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

단일 분자 이미징을위한 소형 양자 점

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

연구

공학

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.

공명과 자연 래맨 Microspectroscopy에 형광 배경 거부

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

생체공학

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.

Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

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

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

게이트 정의 갈륨 비소 / AlGaAs 측면 양자점 나노

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

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.

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.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

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.

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

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

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.

높은 해상도 포논 도움을 준 공명 형광 분광학

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.

여기 및 빛 방출 및 표면 플라스몬 Polaritons 사이 요금 커플링

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.

적외선 타락 한 4 웨이브 혼합 양적 가스 감지에 대 한 업 검출

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