Os autores gostariam de reconhecer Allan Bracker e Daniel Gammon no Laboratório de Pesquisa Naval para fornecer as amostras em estudo. Este trabalho foi apoiado (em parte) pela Defense Threat Reduction Agency, Prêmio Pesquisa Básica # HDTRA1-15-1-0011, a Universidade da Califórnia-Merced.

Nota: O método descrito é específico para um software especial, apesar de outros pacotes de software pode ser utilizada em vez disso. 1. Preparação de Amostras e arrefecer <ol><li> Fabricar a amostra. <ol><li> Crescer a amostra, utilizando o método de crescimento Stranski-Krastanov através de epitaxia de feixe molecular, criando duas InAs / GaAs QDs auto-montadas verticalmente empilhadas que são separadas por uma barreira de túnel 4 nm como descrito anteriormente. 16 incorporar o QDs em uma estrutura de efeito de campo eléctrico (ou seja, do díodo de Schottky) permitindo para um campo eléctrico a aplicar aos QDMs 17. Nota: O uso de QDMs não é um requisito para o método. Além disso, os semicondutores de InAs / GaAs não são necessários, a técnica funcionará para QDMs QDs ou feitas a partir de qualquer combinação de semicondutores. </li><li> Fabricar as amostras de modo a que QDs individuais podem ser opticamente abordados. Fazer isso por qualquer adicionando uma máscara de abertura para o topo da amostra ou mendo uma amostra de baixa densidade com 10 8 QDs / cm2 ou menos, dependendo do tamanho do ponto focal. 18 </li></ol></li><li> Monte a amostra para o cabeçalho de chip. <ol><li> Aplicar uma liga que consiste em 50% de bismuto, 26,7% de chumbo, 13,3% de estanho e 10% de cádmio no cabeçalho da pastilha cerâmica. Aqueça o chip usando uma chapa quente até que a liga liquefaz. Coloque a parte inferior da amostra sobre a liga liquefeito ligá-la ao cabeçalho de chip. Nota: A base da amostra é um dos eléctrodos do díodo de Schottky e o ponto de solda ao cabeçalho chip é conectado a um pino. Outra alternativa para a fixação da amostra é condutora de prata epóxi. </li></ol></li><li> Aderem 40 g de fio de ouro a partir de um ponto (canto superior) da amostra a um pino no chip. <ol><li> Coloque uma gota de cola de prata sobre o canto superior da amostra e uma gota sobre uma das almofadas de pinos no chip. </li><li> Cuidadosamente colocar o fio de ouro nas duas gotas. Nota: A parte superior do tele amostra é o outro eléctrodo do díodo de Schottky que permite a aplicação de um campo eléctrico. </li></ol></li><li> Montar o chip e amostra no criostato e assegurar que a amostra tem bom contato térmico com o suporte de amostras de cobre. <ol><li> Aplicar a folha de índio entre o chip eo dedo frio do criostato. </li><li> Pressão de Montagem do chip para o dedo frio. Utilize dois parafusos com arruelas e aperte com firmeza para garantir um bom contacto térmico com o dedo frio de cobre do criostato. </li></ol></li><li> Prenda os fios dos pinos de chips que estão ligados a ambos os eléctrodos superior e inferior na amostra. Executar estas fios através do criostato para o medidor de fonte. Nota: O medidor fonte aplica-se uma polarização de eléctrodos da amostra, expondo as QDs a um campo eléctrico externo. </li><li> Evacuar e trazer a câmara de criostato e amostra a vácuo. Ligue a bomba turbo, evacuando a cerca de 10 -6 Torr em preparação para o arrefecimento do sample. Nota: O arrefecimento e controlo da temperatura para a experiência é realizada com o criostato que é composto de um refrigerador de ciclo fechado e uma câmara de amostras de microscopia em anexo. </li><li> Arranque do compressor do criostato. Permitir que o criostato para arrefecer o sistema até atingir a temperatura desejada. Nota: Para os resultados apresentados a temperatura era de cerca de 18 K. Uma vez que a amostra é arrefecida, a configuração está pronta para a instalação do sistema óptico que irá permitir a medição óptica para ser tomada. </li></ol> Setup 2. Optics Nota: Para todos criados procedimentos, execute o laser, medidor de origem, espectrômetro e CCD ou usando o software fornecido pelo fabricante ou outro programa personalizado. <ol><li> Para a coleta de PL, coloque uma longa distância de trabalho 50X microscópio lente objetiva e colimação em linha com a lente que foca o sinal PL para o espectrômetro. Recolhe-se o espectro através de uma 0,75 milímetrosonochromator onde o sinal é dispersa por uma 1.100 milímetros -1 ralar e detectado utilizando um azoto líquido arrefecido 1340 x 100 pixels câmara CCD. </li><li> Usando uma fonte de luz branca, iluminar a amostra. <ol><li> Focar a imagem da amostra através de uma câmara externa e o espectrómetro, alinhando correctamente a todas as ópticas do lado de detecção (ou seja, de colimação e de focagem de lente) e ao comprimento de onda de zero obter uma imagem focalizada da amostra limpa no CCD espectrómetro. Nota: É útil ter uma outra câmera de imagem externa para ajudar com o alinhamento e obter uma imagem nítida da amostra. </li></ol></li><li> Depois de lado a detecção é configurado, o foco do laser sobre a amostra. Concentre o ponto de feixe para o menor tamanho possível sobre a amostra, utilizando uma lente. Usar um diodo de laser sintonizável, com um intervalo de excitação que contém as energias de transição de estado terreno. Definir o incidente do laser para a amostra segundo um ângulo oblíquo. Uma vantagem de incidência oblíqua éque ajuda a se livrar de uma grande parte da luz laser dispersa. </li><li> Excitar a amostra a uma energia não-ressonante superior. Idealmente, fazer isso por emocionante em uma energia abaixo da camada de molhamento. Para os QDMs InAs / GaAs neste estudo o que corresponde a 75 meV ou mais acima as transições de estado do solo. </li><li> Execute o programa de aquisição de espectro no modo de foco. Digitalizar a amostra através do ponto de laser utilizando um estágio de translação XY, que está ligado ao invólucro amostra microscopia criostato. Faça isso até que o CCD espectrômetro de captura as linhas discretas das transições do estado fundamental. Centro de detecção em um dos QDMs. Nota: Uma vez que um QDM for encontrado, a configuração óptica está concluída. Para as amostras utilizadas as energias do estado fundamental são cerca de 1.300 meV. </li><li> Gerar um mapa de viés. <ol><li> Aplicar um potencial através do medidor de fonte (passo 1.5) ligados aos eléctrodos na amostra; isto aplica-se uma polarização através dos eléctrodos, por sua vez gerar um campo eléctrico ao QDMs. Nota: A escala de polarização aplicada à amostra é 0-2 V ao longo da estrutura do díodo de Schottky. Isto é, quando o dispositivo está em polarização inversa, e o campo eléctrico limita a quantidade de cargas no QDM permitindo os estados de carga individuais a ser visível. </li><li> Tome espectros individuais em valores de tensão incrementados diferentes, dependendo da resolução desejada isso normalmente varia de centésimos de milésimos de volt. Combinar estes espectros individuais em conjunto, utilizando um programa personalizado (por exemplo, LabView). Nota: O programa pode ser facilmente codificada usando uma grande variedade de diferentes programas de combinar as colunas do vetor do espectros individuais em uma matriz, na experiência apresentada esta foi adicionado para unir os dados em tempo real. <ol><li> Clique no botão de execução para ter um mapa viés. Isso leva espectros em um viés conjunto e torná-lo um vetor coluna, em seguida, adiciona cada espectros viés incrementado como outra coluna. Nota: Isto gera uma matri dadosx em que os valores de intensidade correspondem à intensidade PL, linhas representa a energia / comprimento de onda, e as colunas correspondem à tensão. O mapa de polarização deve ser visível, uma vez que está a ser executado, permitindo assim feedback ao vivo sobre a qualidade dos dados. Nota: Um mapa viés ajuda a identificar diferentes configurações de carga e dá a informação adequada para concluir a configuração de ambos a excitação e caminhos de detecção. </li></ol></li></ol></li><li> Identificar a transição que vai ser animado. Note-se a energia da transição e o intervalo de viés de interesse. <ol><li> Neste ponto decidir como a excitação de laser irá ser sintonizado através da transição. Há três opções diferentes para obter o laser para excitar na transição estado fundamental: <ol><li> Sintonizar a energia de transição pela temperatura. 18 </li><li> Use o deslocamento Stark da transição para alcançar ressonância com a energia do laser. 19 Nota: Um recurso interessante dos dois métodos mencionados acima is que uma fonte de laser sintonizável não é necessária, uma vez que as transições são QDM sintonizado através de uma energia do laser fixa. </li><li> Como alternativa, use uma fonte de laser ajustável, pisando as energias de laser através da transição. Um sinal de detecção irá estar presente quando o laser é ressonante com a transição, isto dá a medição sua resolução espectral limitado a laser. Este será o foco para o resto do protocolo. </li></ol></li></ol></li><li> Com a transição identificados e os parâmetros experimentais definido, selecione as duas energias de excitação e de detecção para a medição. <ol><li> Escolha da energia de excitação que o da transição. Escolha a detecção como a energia de transição animado menos a energia de fonão da óptico longitudinal (LO) associado com a liga de semicondutores. Usando esses valores, escolher os filtros passa borda adequadas para a medição; eles devem ter cortes no meio de excitação e de detecção de energias. Nota: Para a experimental resultados apresentados, a transição foi conduzido o neutro éxciton estado fundamental mostrada na Figura 3, observada a 1,301.7 meV e a emissão de fonão -1 LO está localizado na 1.266 MeV, correspondendo a 952,5 nm e 979,3 nm, respectivamente. Por isso, usar um filtro de 960 nm passe curto para a excitação e um filtro de passagem longa de 960 nm para a detecção. Interferência de filtros de corte são ideais para este fim, uma vez que pode ser ajustado ajustando o ângulo. </li></ol></li><li> Definir o laser para excitar a energia de transição de interesse, que é feito simplesmente introduzir o valor do comprimento de onda do laser desejado no campo de entrada apropriada no painel frontal do software de controlo do laser. </li><li> Definir o comprimento de onda central para o valor pré-determinado para controlar a emissão de fotões -1 LO inserindo o valor central do comprimento de onda desejado no campo de entrada apropriada no painel frontal do software de controlo do espectrómetro. Nota: A -1 emissão de fóton LO para InAs / GaAs é aproxoximately 36 meV abaixo a transição éxciton que será animado. </li><li> Usando o software da câmera, comece a coleção com o CCD, executando o software de aquisição de espectro em modo contínuo, clicando no botão modo de foco. Um sinal deve ser visível ou poderá ainda ser escondido pela dispersão laser. </li><li> Maximizar o sinal. Passo crítico: Sintonize a excitação filtro de passe curto, ajustando ligeiramente seu ângulo de modo que tenha o corte de comprimento de onda adequado. Nota: O ângulo óptimo é estabelecido através da monitorização do sinal durante o ajuste do ângulo do filtro de passagem curta. Ao alterar o ângulo do filtro, este muda de o comprimento de onda de corte. A chave é certificar-se que tanto a luz do laser possível é suprimida da coleção. </li></ol> Configuração de Medição 3. ressonância Quasi <ol><li> Definir parâmetros experimentais sobre os controles de computador usando a tela principal do software personalizado. Para fazer isso, iniciar o programa de coleta e clique em the Passo Polarization, Temp, ou guia WL. Isso define todos os valores experimentais e uma vez prazo, recolhe dados através dos vários parâmetros. Nota: Para os dados da nossa experiência levando todos os controles de computador foram personalizados programado. A chave é ter um software ou programa capaz de definir o comprimento de onda centro do espectrômetro, controlar o medidor de CCD e de origem, e passo a energia do laser através da transição durante a coleta de uma série de espectros em diferentes vieses. <ol><li> Entrada da gama de energia do laser estabelecido que o laser irá percorrer: a partir de cerca de 50 μeV acima da energia de transição éxciton neutro de 1,301.7 meV, a 50 μeV abaixo. Defina o comprimento de onda inicial para iniciar a digitalização usando o campo &quot;Desired WL (nm)&quot;. Defina o intervalo final do laser para escanear ( &quot;Motor Unit End&quot;). </li><li> Defina o intervalo de viés que o medidor de fonte irá percorrer clicando na aba &quot;Configurações de tensão&quot;. Defina o val viés começandoue ( &quot;Voltage Start (V)&quot;), o valor final bias &quot;Tensão End (V)&quot; e o tamanho do passo bias &quot;Passo Tensão (V)&quot;. Aqui, a faixa de viés digitalizada foi 1,68-1,82 V. </li><li> Input tempo a integração escolhida, clicando na aba &quot;Configurações de câmera&quot;. Defina o tempo de integração para o CCD em &quot;Exposure (s)&quot; (Consulte o passo 3.3). Selecione um tempo de integração razoável para o CCD. Experiência com o tempo de integração para obter um bom sinal. Quanto maior for o tempo de integração a melhor média de sinal que se pode obter 20. Nota: Os tempos de integração utilizados para a experiência foram de 10 seg. Mas, os tempos de integração podem ser tão baixos como 0,5 segundos, dependendo da intensidade do sinal de PL. Às vezes, não é sequer necessário para ver o sinal em exames individuais, mas em cima costurando os espectros juntos o somatório de dados mais a capacidade do olho para interpolar irá revelar as transições no mapa fotoluminescência de excitação (PLE). </li&gt; </ol></li></ol> 4. Aquisição de Dados <ol><li> Uma vez que os parâmetros experimentais são estabelecidos iniciar a experiência. Comece coleção clicando no botão de execução. Nota: Em cada energia do laser do software varia o viés tendo um espectro e um espectro de fundo. Isto é feito para cada etapa viés. Em seguida, a energia do laser é variada e o processo continua até que toda a gama escolhida é completa. </li><li> Pós-processar os dados. <ol><li> Tome as procuras em segundo plano adicionais que são tomadas no final de cada mapa viés e subtrair a média de cada uma das colunas diagonais. Use um programa de subtração de fundo, ou escrever um programa que leva as colunas fundo, médias-los juntos e subtraia este média espectros fundo de cada coluna viés na matriz de dados. Nota: Ver o arquivo de código suplementar para o programa usado em nosso laboratório. Nota: Isto remove outros sinais espúrios causados ​​por qualquer luz laser dispersa restante, muito improvando o mapa viés. </li></ol></li><li> Analisar os dados. <ol><li> Por exemplo, para extrair os parâmetros característicos da linha espectral usar um software de ajustamento matemático para executar um Lorentziana encaixe em cada fatia de polarização do mapa PL. 21 Uma vez que o procedimento de ajuste foi completado toda a informação será nos coeficientes da montagem, tais como a intensidade máxima, localização espectral e FWHM. </li></ol></li></ol>

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Os autores não têm nada para revelar.

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...

De alta resolução é a chave para desvendar novos conhecimentos. Com este conhecimento, as novas tecnologias podem ser desenvolvidas, tais como sensores melhores, ferramentas de fabricação mais precisos e dispositivos computacionais mais eficientes. Gerar esta chave, no entanto, muitas vezes tem um alto custo de recursos, tempo ou ambos. Esse problema é onipresente em todas as escalas da física atômica de resolver as degenerescências levantadas de elétron gira à astronomia, onde um pequeno desvio espectral pode levar à detecção de planetas ao lado de estrelas distantes. 1,2,3 O foco deste trabalho é sobre como usar uma configuração espectrômetro padrão e mostrando como ele pode resolver características espectrais abaixo do seu limite de resolução, especialmente no que diz respeito ao campo da óptica de semicondutores. O exemplo apresentado é o de elétron-buraco anisotrópica (eh) desdobramento de câmbio em InAs / GaAs pontos quânticos (QDs), que é da ordem de alguns μeV. 4 o limite de resolução do espectrômetro cum ser superada através da combinação de técnicas de PL e espectroscopia a laser standard. Este método de fluorescência de quase-ressonância tem a vantagem de conseguir a laser limitada resolução utilizando um espectrómetro de estágio único comum. Um sistema de espectroscopia óptica padrão para espectroscopia QD PL única consiste em uma fase única 0,3-0,75 m monocromador e um dispositivo de carga (CCD) detector acoplado juntamente com uma fonte de laser de excitação e óptica. Um tal sistema é na melhor das hipóteses, capaz de resolver 50 μeV no espectro do infravermelho próximo por volta de 950 nm. Mesmo com a utilização de técnicas estatísticas e de desconvolução, tais uma única configuração monocromador não é capaz de resolver a menos de 20 μeV em medições PL. 5 Esta resolução pode também ser melhorada pela utilização de um espectrómetro de triplo, no modo de aditivo tripla, em que o espectro é sucessivamente dispersos por todos os três grades. O espectrómetro de tripla tem a vantagem de uma maior resolução, capaz de resolvercerca de 10 μeV. Numa configuração alternativa, o modo subtractivo triplo, as primeiras duas grelhas comportar-se como um filtro passa-banda, dando a característica adicional de ser capaz de separar a excitação e a detecção por menos do que 0,5 MeV. A desvantagem do espectrómetro tripla é que é um sistema dispendioso. Antes de apresentar o método de juros, discutimos brevemente outras abordagens experimentais que, com a complexidade adicional, conseguir uma melhor resolução espectral e são capazes de resolver a estrutura fina do QDs individuais. Elementos desses métodos são relevantes para o presente método. Um tal método é a adição de um interferómetro de Fabry-Perot (FPI) no caminho de detecção de um único espectrómetro de configuração. 6 Usando este método, a resolução é definida pela finura da FPI. Assim, a resolução do espectrômetro é melhorada a 1 μeV, ao custo de maior complexidade e menor intensidade de sinal. 7 O método interferômetro também altera o operati geralno do espectrómetro com a câmara CCD, tornando-se eficazmente um único detector de ponto, e a sintonia através de várias energias é conseguido através do ajuste da cavidade FPI si. ressonância de fluorescência (RF) espectroscopia, outro método onde uma única transição óptica é monitorizada tanto animado e também oferece a promessa de espectroscopia de alta resolução. A resolução espectral é limitado apenas pela largura de linha do laser e o mantém CCD como um detector multi-canal, em que não apenas um sensor é detectar o sinal, mas um número de pixels de CCD. Esta detecção multicanal é vantajoso em termos de média de sinal. O desafio na espectroscopia de RF é separar o sinal PL do fundo maior da luz laser dispersa, especialmente quando se mede a nível QD único. Um certo número de técnicas podem ser usadas para diminuir a proporção de sinal de luz laser dispersa, que envolvem tanto a polarização 8, 9 espacial ou temporal separação 10da de excitação e detecção. A primeira é usar polarizadores elevados de extinção para suprimir a luz dispersa, mas este método tem a perda de perda de informações polarização do PL. 8 Outro método possível obter fluorescência ressonância é para engenheiro de sistemas semicondutores que são acoplados a cavidades ópticas, onde o de excitação e detecção de caminhos são espacialmente separados. Isto elimina o problema de ter de resolver o sinal PL do grande fundo de laser. No entanto, este método está limitado a fabricação amostra intrincado que é em geral intensivo de recursos 9. Uma outra classe de métodos que também é capaz de resolver diferenças de energia que é hora de espectroscopia de laser puro, tal como a transmissão diferencial, que tem a vantagem de conseguir uma resolução limitada por laser com a informação completa de polarização. Este método normalmente requer lock-in de detecção para observar as mudanças minúsculas na transsinal missão em comparação com a da grande fundo de laser. 11 Ultimamente, os avanços na nanofabrication levaram a um aumento da fracção de luz laser que interage com o QD (s) para valores de até 20%, ou utilizando o sólido pareados por índice lentes de imersão ou incorporar os pontos em guias de onda de cristal fotônico. 12 Embora estes métodos têm a capacidade de atingir a energia de alta resolução, que vêm com o custo de equipamento caro, fabricação amostra complexa e perda de informação. O método neste trabalho combina elementos desses três métodos sem aumentar a complexidade em instrumentação ou fabricação de exemplo para uma configuração normal PL. Um trabalho recente mostrou que com um sistema de espectrômetro de triple no modo subtrativo, é possível visualizar a estrutura fina camisola-tripleto no espectro de transição de dois fótons de uma molécula de ponto quântico (QDM). 13 A divisão de energia envolvido na ordemde algumas dezenas de μeV foram resolvidos utilizando um modo subtractivo tripla, o que permitiu que as transições para excitar e detectar ressonantemente dentro de menos do que um meV. A informação espectral foi extraído por meio do monitoramento abaixo a transição usando fônons acústicos e outras transições exciton-encontrando-se inferiores. Este método também pode ser aplicada para resolver o anisotrópica eh divisão troca e ainda a largura de linha limitado no tempo de vida da transição éxciton de 8 μeV e 4 μeV, respectivamente, como pode ser visto na Figura 1. Semelhante a este resultado, este papel vai focar um simples espectrómetro configuração que irá incorporar muitas das vantagens que os outros métodos de alta resolução possuem. Além disso, o CCD permanecerá como um detector multi-canal. A configuração experimental também pode ser mantido relativamente barata em relação a outros métodos de espectroscopia de alta resolução e tem a vantagem adicional de ser facilmente modificadas para obter medições de correlação de ponto único. Ao contrário do usin resultadog fonões acústicos e um espectrómetro de triplo, a tecla subjacente é fazer uso do satélite LO-fonão associada com os semicondutores e ligas relacionadas que constituem amostras de semicondutores. A energia de separação entre o satélite LO-fonão e a linha-fonão zero (ZPL) é da ordem de dezenas de megavolts para as amostras, permitindo a utilização de um espectrómetro de fase única. 14 Esta separação de energia permite o uso da quase proposto método de espectroscopia -resonance por ressonantemente dirigir uma transição e monitoramento abaixo da excitação por uma energia igual a um fônon LO. Esta técnica é análoga à de PL excitação onde uma excita em uma transição animado e monitora a transição do estado fundamental. 15 A separação entre a transição estar animado e o do satélite LO-fonão permite o uso de filtros de passagem de borda para suprimir o elasticamente espalhados luz. Este método de usar o satélite phonon permite a resolução limitada largura de linha do laser, Desde ressonantemente excitante a transição é normalmente o único momento em que a emissão de LO-fonão satélite torna-se visível.

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

high resolution phonon-assisted quasi-resonance fluorescence spectroscopy

Alta resolução de métodos de espectroscopia óptica são exigentes em termos de qualquer tecnologia, equipamentos, complexidade, tempo ou uma combinação destes. Aqui demonstramos um método de espectroscopia óptica que é capaz de resolver características espectrais além do que a estrutura fina rotação e largura de linha homogênea de solteiro pontos quânticos (QDs) usando um padrão, a instalação do espectrômetro de easy-to-use. Este método incorpora tanto a laser e espectroscopia de fotoluminescência, que combina a vantagem da resolução limitada do laser linha de largura com detecção de fotoluminescência multi-canal. Tal esquema permite a melhoria considerável da resolução sobre o de um espectrômetro de estágio único comum. O método utiliza fonões para auxiliar na medição da luminescência de um único ponto quântico após excitação ressonante da sua transição de estado terreno. diferença de energia do phonon permite separar e filtrar a luz do laser excitante do ponto quântico. Uma fe vantajosaature deste método é a sua integração para a frente em linha reta em configurações de espectroscopia padrão, que são acessíveis para a maioria dos pesquisadores.

Os resultados apresentados nas figuras mostram as capacidades de alta resolução utilizando de fonões para ajudar na medição de PL. O esquema (Figura 2) mostra que, com a excepção dos filtros de passagem de borda sobre tanto de excitação e detecção, a configuração continua a ser uma configuração experimental espectroscopia padrão, com a adição opcional de controle de polarização. A comparação com uma simples e triplo espectrômetro (Figura. 3...

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High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

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

-Ressonância Quasi alta resolução Phonon assistida espectroscopia de fluorescência

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

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

Research

JoVE Journal

Engineering

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

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

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

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

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

De alta resolução, de alta velocidade, de imagens de vídeo tridimensional com Franja Digital Técnicas de Projeção

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

Engenharia

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

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

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

Construção de um microscópio de alta resolução com recursos de captura óptica convencional e holográfico

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

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

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

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

Síntese e microdiffraction a pressões e temperaturas extremas

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

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

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

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

-Sonda de varredura único elétron Espectroscopia de capacitância

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

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

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

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

Quantum Estadual de Engenharia de Luz com onda contínua Optical Parametric osciladores

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

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

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

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

Atuadores de luz de forma livre - Fabricação e Controle de atuação em escala microscópica

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

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

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

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

High-resolution Micro-imagem térmica Usando európio quelato luminescentes Coatings

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

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

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

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

Fibra Óptica sensores distribuídos para High-resolution Mapeamento Temperatura campo

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

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

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

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

Aplicando raios-X de imagem de cristal Spectroscopy para uso como uma alta temperatura do plasma de diagnóstico

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

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

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

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

Detectando a distribuição de cloreto solúvel em água da pasta de cimento em uma maneira de alta precisão

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