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

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 차별^{1,2,,34 에 따라 5}, 그리고 공간 모드 차별^{6,7,,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 채^5,15, 의 예를 들어 관찰에서에서 채택 ¹⁶, 옷된 상태^{2,7,12,17,,1819,20,21} 의 데모 ^{, 22 , 23 , 24 , 25 , 26}, 그리고 한정 된 스핀^{3,,2728,29,30}의 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 E_obj 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 E_obj 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 (L_obj, L1 및 L2)는 샘플의 다른 부분에서 형광의 탐지를 허용 하는 데 사용 됩니다. 샘플에서 빛은 중 적외선-민감한 카메라 (L_캠)에 두 개의 튜브 렌즈 중 하나 또는 분석기 (L_사양)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 되도록_obj overfilled 하지는. 이 프로토콜에서 조명도 L_obj 와 샘플 사이의 거리를 최적화 하기 위해 사용 됩니다.

목표 L_obj 와 어느 튜브 렌즈 카메라 또는 분석기에 20x의 확대를 제공 한다. L_obj 와 L_사양 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.