Die Autoren möchten Glenn S. Solomon für die Bereitstellung der Probe anerkennen. Diese Arbeit wurde von der National Science Foundation (DMR-1452840) unterstützt.

Achtung: Bitte beachten Sie die möglichen Gefahren der Laser Streuung während der Ausrichtung. Tragen Sie richtige Schutzbrille zum Schutz. Zur Erleichterung den Alignment-Prozess ist ein Infrarot-Viewer (IR-Viewer) erforderlich. Eine IR-empfindlichen fluoreszierende Karte ist auch hilfreich aber nicht notwendig.
 1. Probenvorbereitung <ol><li>Verwendung eines Diamanten Schreiber, einen winzigen Kratzer am Rande der Oberfläche der Probe an der gewünschten Stelle der Cleave zu machen. Verwenden Sie zwei Paare von Wohnung endete Pinzette die Probe auf beiden Seiten des Kratzers halten. Anwenden einer nach außen drehen Drehmoment mit der Pinzette und die Probe wird Spalten. 
	Hinweis: Ein langer Kratzer ist nicht notwendig, zu fördern, Spalten, und es wird wahrscheinlich durch die Hohlleiter-Schicht Unmögliches Lichteinkopplung geschnitten. Gespalten Gesicht ist empfindlich genug, dass jede Note auf seiner Oberfläche die Wellenleiter Gesicht beschädigen könnten.</li>
	<li>Legen die gespalten Musterstück auf eine Kupfer Probenteller mit thermisch leitfähige Silberfarbe oder Silber Epoxy. 
	Hinweis: Das gespalten Gesicht sollte bündig mit der Kante der Montageplatte, so dass der Erregung Laser Probe Gesicht ohne Einmischung getroffen wird.</li>
	<li>Die Kupferplatte in Kryostaten montieren, so dass das gespalten Gesicht und der Probenoberfläche durch den Kryostaten Windows optisch zugänglich sind.</li>
</ol> 2. Ausrichtung der resonanten Erregung Weg Hinweis: um die Effizienz der Kupplung in den Hohlleiter zu maximieren, hat das Profil des einfallenden Erregung Strahls zugeordnet werden, die von einem eingebildeten rückwärts propagieren Strahl zu beenden die Wellenleiter.
<ol><li>Grobe Ausrichtung der Erregung Laserstrahl zur Fläche der Probe gespalten.
	<ol><li>Verwenden, die Anzahl der Freiheitsgrade des LWL-Koppler FC0 und mirror M0 um direkte Erregung Strahl auf das gespalten Gesicht der Probe, bevor die Erregung Linsen eingesetzt werden.</li>
		<li>Level dem Erregung Strahl horizontal sowohl in Bezug auf die Ebene der Probe als auch im Hinblick auf die optischen Tisch.</li>
	</ol></li> <li>Installation von Erregung Ziel E Obj <ol><li>setzen die asphärische Linse E Obj in einem translationalen montiert mit drei translatorische Freiheitsgrade. Zentrum E Obj auf den Laser und legen Sie die Höhe des E Obj dasselbe als das Zentrum der Probe sein.</li>
		<li>Richten Sie ein weißes Papier Bildschirm hinter der Probe auf die Erregung Weg. Einen IR-Viewer verwenden, um einen hellen Fleck auf dem Papier durch das Laserlicht die Probe vorbei beobachten.</li>
		<li>Schieben E Obj in Richtung der Probe langsam, bis eine klare Silhouette Bild der Probe auf dem Papier zu sehen. Passen Sie die Höhe und seitliche Position E Obj zentrieren Sie die Silhouette in der Mitte der helle Fleck.</li>
		<li>Halten E Obj in Richtung der Probe langsam gleiten, und die Silhouette-Bild auf dem Bildschirm erlebt eine Vergrößerung. Unterdessen stellen Sie die seitliche Stellung des E Obj (links/rechts), die horizontale Verschiebung des Bildes Silhouette zu kompensieren. 
		Hinweis: Während der langsamen Bewegung von E Obj zum Beispiel startet Beugung Fransen an einem gewissen Punkt angezeigt werden. Dies stellt einen neuen Verweis der fokussierten Spot der Oberflächenschicht der Probe zu stellen.</li>
		<li>Halten E Obj in Richtung der Probe langsam gleiten. An jedem Standort von E Obj Verschiebung E Obj links/rechts erhöhen die Fransen Abstand bis gibt es nur eine Franse zu suchen Fransen auf dem Bildschirm sichtbar. 
		Hinweis: Es werden zwei Gruppen von Fransen, eine links und eine rechts von der Probenoberfläche.</li>
		<li>Suchen Sie schieben E Obj Eobj an einer Stelle, die die Anzahl der Fransen sichtbar minimiert.</li>
	</ol></li> <li>Ausrichtung des Teleskops Objektive E1 und E2 <ol><li>Linsen E1 und E2 in der Erregung Pfad zentriert auf den Laserstrahl einfügen. Stellung E2 ist durch die Summe ihrer Brennweiten von E Obj getrennt. Legen Sie die Trennung zwischen E1 und E2 die Summe ihrer Brennweiten, z. B., f 1 + f 2 = 150 mm.</li> <li>beachten Sie die Silhouette und Beugung Muster auf dem Papier mit einem IR-Viewer. Passen Sie die Höhe des E1 zentrieren Sie die Silhouette in der Mitte der hellen Beleuchtung Laserspot.</li>
		<li>E2 schieben in Richtung oder Weg von E1 während der Einstellung der seitlichen Stellung des E1. Sichere E1 und E2 an Positionen, dass beide Gruppen fringe entweder verschwinden oder zeigen eine Mindestanzahl von Fransen in den Blick.</li> <li>legen Sie einen vertikal ausgerichteten Polarisator POL vor E1 und zentrieren Sie ihn auf die Erregung Strahl. Hinweis: einige Polarisatoren haben eine leichte Keilwinkel, in dem Fall die Erregung Strahl eine Winkelabweichung erleben werden. E1 und E2 verwenden, um diese Abweichung zu kompensieren.</li>
	</ol></li></ol> 3. Achse der Photolumineszenz Sammlung Weg Hinweis: die Leistung von dem abbildenden System gebaut in der Sammlung Pfad richtet sich vor allem durch die Präzision der Positionierung der L Obj wegen seiner kurzen Brennweite ( f Obj = 10 mm, NA = 0,55). Zwei allgemeine Schritte in der Ausrichtung der L Obj: grobe Ausrichtung mithilfe eines HeNe-Lasers und gut mit der Beleuchtung und die Masse Exziton Emission von GaAs Optimierungen. Diese Ausrichtung Schritte sind mit der Probe bei Raumtemperatur durchgeführt.
<ol><li>Ausrichtung des oben genannten Bandlücke (HeNe) Erregung Weg und der Installation der Kamera: <ol><li>paar eine oben genannte Bandlücke Laserstrahl (HeNe) in einer Singlemode-Faser.</li>
		<li>Direkte Ausgabe-Strahl aus der Faser-Kollimator FC1 auf die Probe über einen Spiegel M3.</li>
		<li>Tilt FC1 horizontal zu zentrieren Sie den Laser Spot auf der Probe ca. 1 mm gespalten Schneide. Kippen Sie M3 horizontal, um die hinteren Reflexion des Laserstrahls zu knapp oberhalb oder unterhalb der einfallende Strahl zu verlagern. Wiederholen Sie diesen Vorgang mehrmals, bis beide Kriterien erfüllen.</li>
		<li>Tilt FC1 und M3 senkrecht zur Ebene des HeNe-Strahls im Hinblick auf die optischen Tisch und halten Sie es unter der Regie an der Probe.</li>
		<li>Verwenden Sie den IR-Viewer, um der resonanten Laser und HeNe-Laser-Flecken auf die Probe zu finden. Überprüfen Sie, dass das Zentrum der HeNe-Laser-Spot auf der gleichen Höhe wie der resonanten Laserspot. Wenn nicht, verwenden Sie entsprechend die Strahl Höhen unter Beibehaltung des HeNe-Strahls mit dem Tisch FC1 und M3.</li>
		<li>Die nicht polarisieren Beam Splitter Cube (90: 10), NFB, in der HeNe-Pfad einfügen Zentrieren Sie den Würfel in der einfallende Strahl HeNe.</li>
		<li>Suchen Sie zwei Balken am Beam Splitter Ausgang die Sammlung Weg, aus Reflexion aus der Probe und von internen Reflexion innerhalb des Cubes.</li>
		<li>Drehen Sie den Würfel um einen kleinen Winkel (~ 5 Grad), so dass die beiden Balken an der Ausfahrt leicht getrennt werden können. Das Licht von der Oberfläche der Probe reflektiert kann als eine grobe Anleitung verwendet werden, um die Kamera auszurichten. 
		Hinweis: Die Richtung des intern reflektierten Strahls ändert nicht, wenn der Würfel um die Hochachse gedreht wird.</li>
		<li>Ebene der Cube in Bezug auf die Registerkarte "optische"Le durch die Sicherstellung des HeNe-Balkens entspricht der internen Reflexion im Inneren des Würfels ist auf der gleichen Höhe wie der eingehenden Strahl.</li>
		<li>Put ein IR-empfindlichen Kamera auf dem Weg von der Rückseite reflektiert HeNe Strahl. Eine Röhre Linse L Cam mit einer Brennweite von 200 mm zu verwenden, um das Beispiel-Bild auf der Kamera konzentrieren. 
		Hinweis: Eine selbst gebaute Rohrsystem wird verwendet, um die Linse L Cam, Haus wie in Abbildung 1 gezeigt, die verhindert, dass streunende Raum Licht von der Kamera erkannt wird.</li>
		<li>Richten Sie eine 800 nm lang-Pass-Filter, F1, vor L Cam zum Herausfiltern der HeNe Licht, wodurch die Beobachtung des PL aus der Probe mit der Kamera.</li>
	</ol></li> <li>Installation und Optimierung der Position der Linse L Obj <ol><li>setzen die asphärische Linse L Obj in einem translationalen montiert mit drei translatorische Freiheitsgrade. Zentrieren Sie L Obj auf der HeNe-Laser und legen Sie die Trennung von der Probe werden die Brennweite, f Obj = 10 mm.</li>
		<li>Set Objektiv zu koppeln, L1 und L2 (f 1 = f 2 = 50 mm) mithilfe einer XY-translationalen Mount wo einseitig fixiert und die andere Seite ist beweglich in der seitlichen Ebene gesteuert von Mikrometern. 
		Hinweis: Linse L2 geht in die bewegliche Seite der Halterung. L1 ist durch ein Objektiv-Tubus gehalten und an der festen Seite des Berges. Das Rohrsystem bietet die Freiheit, um die Entfernung zwischen den beiden Linsen durch Einschrauben in/out der Objektiv-Tubus L1 entlang der optischen Achse halten.</li>
		<li>Legen Sie den Abstand zwischen den beiden Linsen zu 100 mm. Set L2 in der Mitte des Berges durch die Anpassung der Mikrometer.</li>
		<li>L1 und L2-Objektiv-Kombination in der HeNe Weg zwischen NFB und Kryostaten einfügen. Legen Sie den Abstand zwischen L1 und L Obj f Obj + f 1. L1 und L2 über den Vorfall HeNe Licht zu zentrieren.</li>
		<li>Legen Sie Beleuchter und Häutchen in der Sammlung-Pfad, wie in Abbildung 1 dargestellt. Legen Sie den Abstand zwischen Objektiv-K4 und L2, um die Summe ihrer Brennweiten werden.</li>
		<li>Center-Beleuchtung Trägerende L2 durch Einstellung des Winkels der Illuminator.</li>
		<li>Stellen Sie den Winkel der das Häutchen in Mitte die Rückseite reflektiert Beleuchtung Licht sichtbar in das Kamerabild auf die PL vor Ort verursacht durch HeNe Anregung. 
		Hinweis: Zum Zwecke der Angleichung, schließe eine Leuchtfeldblende um die Mitte des beleuchteten Bereichs zu finden.</li>
		<li>Nur die Beleuchtung mit Licht, finden Sie ein DGM defekt oder Staub auf die Probe, in die Kamera schaut. Andere Teile der Probe zu suchen, je nach Bedarf durch L2 seitlich bewegen.</li>
		<li>Leicht tippen L Obj in/out entlang der optischen Achse auf die Kante des Mangels oder Staub schärfsten machen.</li>
		<li>Shift L2 zurück zu der Mitte des Berges.</li>
		<li>Ansicht der HeNe-angeregten PL vor Ort an der Kamera, und L Obj horizontal bewegen, so dass der PL-Spot 1-2 mm vom Rand der Probe gespalten ist. 
		Hinweis: Für eine Entfernung von weniger als 1 würde mm, die Laser-Streuung vom Rand der Probe gespalten durch Ziel L Obj erhoben. Während für eine Strecke zu weit aus dem gespalten Gesicht, erleben die Erregung Strahl Dämpfung vor Erreichen der QD, das reduziert die maximale Erregerleistung verfügbar.</li>
		<li>Shift L2 horizontal bis zum gespalten Rand der Probe wird auf die Kamera unter Beleuchtung gezeigt.</li>
		<li>Langsam Verschiebung L Obj vertikal zu suchen eine helle Laserpunkt am Rande gespalten der Probe, verursacht durch die Streuung des Strahls an der gespalten Fläche der Probe resonante Anregung.</li>
		<li>Ebene der PL-Spot durch HeNe Erregung zu den hellen Laserpunkt am Rande gespalten der Probe verursacht.</li>
	</ol></li> <li>Neuausrichtung des HeNe Erregung Weg in Bezug auf den neuen Speicherort des L Obj . 
	Hinweis: Um scanbare Bereich maximieren und minimieren, Vignettierung, ist es notwendig, die Erregung-Optik und die Erregung Strahl in Bezug auf die Lage des L Obj neu zentrieren.
	<ol><li>Entfernen L1 und L2. Center, Erregung Trägerende L Obj und gleichzeitig den Strahl in die Oberfläche Normalenrichtung der Stichprobe.</li>
		<li>Center L2 auf dem Berg. L1 und L2 auf dem Vorfall Erregung Balken zu zentrieren. Legen Sie den Abstand zwischen L1 und L Obj die Summe der beiden Brennweiten, d. h., f 1 + f Obj.</li>
		<li>Reposition L Cam Strahlen so, dass es auf reflektierte HeNe zentriert ist. Positionieren Sie die Kamera so, dass die HeNe aufgeregt PL (verwenden Sie einen langen-Pass-Filter) sich auf das Bild konzentriert.</li>
		<li>Stellen Sie den Winkel der Beleuchtung und das Häutchen um die Beleuchtung Licht auf L2 und der PL vor Ort verursacht durch HeNe Anregung zu zentrieren.</li>
	</ol></li> <li>Ausrichtung der Spiegel M1 und M2. 
	Hinweis: Ein Laser rückwärts durch das Spektrometer geleitet wird Ausrichtung erleichtern.
	<ol><li>Monitor der HeNe-angeregten PL aus der Probe in die Kamera. Zentrieren eine Iris (Iris A) auf die PL zwischen dem Häutchen und M1.</li>
		<li>Center Objektiv L Spec auf dem umgekehrten Balken und legen Sie sie eine Brennweite f Spec entfernt die Einlauföffnung des Spektrometers.</li>
		<li>Senden die umgekehrten Strahl aus dem Spektrometer zur Probe durch die Reflexion aus zwei Spiegeln, M1 und M2.</li>
		<li>Richten Sie ein weiteres Iris (Iris B) zwischen M2 und L Spec und Center es auf dem umgekehrten Balken.</li>
		<li>Steuern M2 zur Mitte der Rückseite beamen auf Iris A. Steer M1 zentrieren Sie den PL auf Iris B. Repeat dieser Prozess mehrmals bis beide Kriterien erfüllt sind.</li>
		<li>Zu finden die Mitte die Einlauföffnung (30 μm Breite) des Spektrometers auf dem CCD durch die Null-Bestellung Beugung des Lichts Zimmer überwachen.</li>
		<li>Öffnen die Einlauföffnung des Spektrometers. Durch die Verwendung einer 800 nm langen Pass Filter, PL aus der Probe unter HeNe Anregung auf dem CCD beobachtet werden.</li>
		<li>Steuern M1 bis Mitte diesen Ort am Eingang Schlitz des Spektrometers und auf der mittleren Höhe des CCD, und lenken M2 um die umgekehrte Strahl auf Iris A. Repeat dieser Prozess mehrmals bis beide Kriterien getroffen habe sind zu zentrieren</li>
		<li>Ausrichtung des Objektivs zu koppeln, L3 und L4: Position L3 im PL Sammlung Pfad an einem Standort, die f 2 + f 3 von Linse L2 entfernt. Ort L4 in der Sammlung Weg von L3 durch die Summe ihrer Brennweiten, f 3 + f 4 getrennt. Passen Sie die seitliche Stellung des L4, Zentrum der PL vor Ort auf dem CCD.</li>
	</ol></li></ol> 4. Überlappung der PL Sammlung Weg in Bezug auf die resonante Anregung Weg <ol><li>Cool auf die Probe zu 4,2 K. Mit der Erregung über Band verwenden das Spektrometer um zu lokalisieren die Emissionswellenlänge von der Benetzungsschicht (in der Regel rund 880 nm).</li>
	<li>Soll eine 800 nm lang-Pass-Filter F1 vor L Cam um HeNe Licht zu blockieren. Mit Hilfe der das erhellende Licht, verlagern L2 horizontal um den gespalten Rand der Probe auf die Kamera zu lokalisieren.</li>
	<li>Setzen die Seite Erregung Wellenlänge in Resonanz mit der Benetzungsschicht werden. Suchen Sie eine helle Streuung Stelle am Rand der Probe auf der Kamera gespalten.</li>
	<li>Beobachten ein &#34; Streifen Muster &#34; der Photolumineszenz auf der Kamera durch die seitliche Position der E1. Maximieren Sie die Intensität des Streifens durch E1 seitlich verschieben. 
	Hinweis: Die &#34; Streifen &#34; ist die Benetzung Schicht Emission, was bedeutet, dass die Erregung Strahl in den Hohlleiter der Probe gekoppelt ist.</li>
	<li>Anpassen E1 vertikal zu bewegen das Streak zu Überschneidungen mit der PL-Spot durch die HeNe Erregung verursacht.</li>
	<li>Erfassen die Intensität der Benetzungsschicht PL. anpassen E2 in eine Richtung, dann wieder optimieren die Position des E1; wieder aufnehmen die Intensität der PL und im Vergleich zu den früheren Wert.</li>
	<li>Wird die Intensität erhöht hat, wiederholen Sie die Einstellung der E2 in die gleiche Richtung. Wenn die Intensität verringert hat, dann kehren Sie die Anpassung der E2. Wiederholen Sie diesen Vorgang, um die optimalen Positionen für E1 und E2 suchen.</li>
</ol> 5. Resonante Anregung von einem einzigen Quantenpunkt Hinweis: Es gibt zwei mögliche Ansätze, resonante Anregung von einem einzigen QD zu realisieren: (1) stellen die Anregungsfrequenz des Lasers entspricht eine bestimmte QD Resonanz; oder (2) die Laser-Frequenz über die Resonanz-Energien des Ensembles QD scannen, bis Resonanz-Fluoreszenz aus einem einzigen QD beobachtet wird.
<ol><li>Methode (1) - gezielte Anregung: <ol><li>stellen das Spektrometer zu überwachen, die Beugung erster Ordnung in der Mitte der Emissionswellenlänge des QD Ensembles unter über dem Bandabstand Erregung. Öffnen Sie die Einlauföffnung des Spektrometers.</li>
		<li>Stellen Sie die Kraft der über-Band Anregung bis ein leuchtender Hintergrund durch Anregung des Kontinuums Ende der Benetzung Layerstatus wirkt. In der Nähe des Eingangs Schlitz bis 30 μm.</li>
		<li>Shift L2 seitlich, eine geeignete QD - zum Beispiel die hellste in der Ansicht zu finden. Aufzeichnen die Wellenlänge von QD λ QD das Spektrometer gemessen.</li>
		<li>Tune die Wellenlänge des Lasers resonante Anregung zu den gleichen Wert wie λ QD. 
		Hinweis: Oft kann das Spektrometer das schwache Signal der Streuung des Lasers resonante Anregung an die Optik abholen. Wenn nicht, eine Abspaltung von der Erregung Strahl direkt in das Spektrometer.</li>
		<li>Maximieren die QD &#39; s PL Intensität an auf dem CCD durch Feineinstellung der Frequenz des Lasers Erregung. 
		Hinweis: Für einige QDs braucht eine kleine Lichtmenge HeNe QD resonant aufgeregt 10 , 31 , 32 zu ermöglichen. Die erforderliche Leistung der HeNe-Laser ist in der Regel so niedrig - ein paar hundert Nanowatt -, die keine Fluoreszenz ausschließlich durch diese HeNe Strahl verursacht durch CCD nachgewiesen werden kann.</li>
		<li>Maximieren die PL-Intensität von der QD durch Anpassung der Höhe und die seitliche Position der Linse E1 und die axiale Position des Objektivs E2. Gemeinsam optimieren die Positionen der Linsen E1 und E2, die Intensität der Fluoreszenz Resonanz aus der QD zu maximieren.</li>
	</ol></li> <li>Methode (2) - spektrale suchen: <ol><li>stellen das Spektrometer, die Beugung erster Ordnung in der Mitte der Emissionswellenlänge des QD-Ensembles zu überwachen. Öffnen Sie die Einlauföffnung des Spektrometers.</li>
		<li>Tune die Frequenz des Lasers Erregung über den Energiebereich die QD-Ensemble. Resonant aufgeregt QD erscheint als Punkt umgeben von paar luftige Ringe auf dem CCD. Wählen Sie eine QD, die hell ist.</li>
		<li>PL Intensität durch Feinabstimmung der Wellenlänge des Lasers Erregung maximieren.</li>
		<li>Maximieren die PL-Intensität des Punktes durch die Höhenverstellung und die seitliche position des E1and die axiale Position des Objektivs E2. Gemeinsam optimieren die Positionen der Linsen E1 und E2, die Intensität der Fluoreszenz Resonanz aus der QD zu maximieren.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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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. 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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>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die entscheidenden Schritte in das Protokoll sind: Modus-matching und Ausrichtung des Strahls Erregung in den Wellenleiter Modus; und die korrekte Ausrichtung und Fokussierung der Sammlung Optik. Die schwierigsten Teile dieser Schritte sind die anfängliche Ausrichtung; Optimierung der Kupplung eine bereits ausgerichteten Einrichtung ist relativ einfach. Überlappende Bereich Sammlung und Erregung ist ein Schritt, der ist einfach mit der Fähigkeit zum Bild der Probe auf der Kamera, aber ist sehr schwierig, ohne diese Fu...

Resonante Anregung von ein einzelnes Quantum-Strahler kombiniert mit Fluoreszenz-Detektion wurde eine langfristige experimentelle Herausforderung vor allem wegen der Unfähigkeit, die schwache Fluoreszenz von der starken Erregung Streuung spektral zu unterscheiden. Diese Schwierigkeit jedoch erfolgreich überwunden in den letzten zehn Jahren durch zwei verschiedene Ansätze: dunkel-Feld konfokale Erregung basierend auf Polarisation Diskriminierung1,2,3,4 ,5, und orthogonal Erregung-Erkennung anhand der räumlichen Modus Diskriminierung6,7,8,9,10,11, 12,13,14. Beide Ansätze zeigen eine starke Fähigkeit, Laser-Streuung deutlich zu unterdrücken und somit sind weit verbreitet in verschiedenen Experimenten, z. B. Beobachtung von Spin-Photon Verschränkung5,15, 16, Demonstration von gekleidet Staaten2,7,12,17,18,19,20,21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26und kohärente Manipulation der geschlossenen Drehungen3,27,28,29,30. Keiner dieser Ansätze kann universell auf jede Situation angewendet werden; Jeder ist auf bestimmten Bedingungen beschränkt. Die dunkel-Field-Technik nutzt die Freiheitsgrade der Polarisation von Photonen, die Erregung Laser Streuung zu unterdrücken. Dieses Verfahren hat mehrere Vorteile. Zum Beispiel gibt es keine Notwendigkeit, eine wohldefinierte Waveguide-Modus, der nur konfokale Umsetzung ermöglicht. Die konfokale Umsetzung ermöglicht eine Zirkular polarisierte Erregung und möglicherweise Fokussierung des Strahls Erregung am Quantum Emitter, wodurch höhere Intensität der Erregung. Jedoch diese Polarisation-selektiven Methode schränkt die Erkennung Polarisation orthogonal zur Anregung Polarisierung zu und verhindert somit eine vollständige Charakterisierung der die Polarisationseigenschaften der Fluoreszenz. Im Vergleich dazu bewahrt räumliche Modus Diskriminierung die völlige Freiheit der Erkennung Polarisation durch den Einsatz der Orthogonalität zwischen den Modi Ausbreitung der Erregung und Erkennung Balken, der Laser Streuung4zu unterdrücken. Die Grenzen dieser Technik sind die Notwendigkeit einer Waveguide-Struktur in der Probe ein Anregung Modus orthogonal zu den Erkennungsmodus bieten und die Einschränkung der Erregung Polarisation senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls .
Hier zeigen wir ein Protokoll für den Bau einer free-Space-based orthogonal Erregung-Erkennung-Setup für Resonanz-Fluoreszenz-Experimente. Im Vergleich zu der bahnbrechenden Arbeit über räumliche Modus Diskriminierung wo eine optische Faser verwendet wurde, um Licht in die Kavität6paar, dieses Protokoll bietet eine Lösung im freien Raum, und erfordert keine kinetische Komponenten, entweder die Probe zu montieren oder die Faser in Kryostaten. Feinsteuerung der Richtungen der Erregung Strahl und der Erkennung Pfad sind durch Optik außerhalb des Kryostaten manipuliert, während Singulett asphärische Linsen fungieren als Ziele innerhalb des Kryostaten und kalten Umgebung konzentrieren. Wir bieten repräsentative Bilder der wichtigsten Ausrichtung Schritte im Prozess der Verwirklichung resonante Anregung und Detektion der Fluoreszenz von einem einzigen Quantenpunkt.
Das Beispiel verwendet für diese Demonstration wird von Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) angebaut. Die InGaAs-Quantenpunkte (QDs) sind eingebettet in ein GaAs-Abstandhalter, die durch zwei verteilter Bragg Reflektoren (DBRs) begrenzt ist, wie in der Zoom-Ansicht des Beispiels in Abbildung 1dargestellt. Der GaAs-Abstandhalter zwischen den DBRs fungiert als ein Hohlleiter, wo der Erregung Strahl durch Totalreflexion beschränkt. Die DBRs fungieren auch als hoher Reflektivität Spiegel für Wavevectors, die fast senkrecht zur Ebene Probe sind. Dies bildet einen Fabry-Perot-Modus, den paar die QDs wenn Fluoreszenz emittiert. Die Fabry-Perot-Modus muss resonant mit der Emission Wellenlänge λ von QDs, wonach den GaAs-Abstandhalter eine Ganzzahl sein Vielfaches von λ/n, wo n der Brechungsindex von GaAs ist. Für diese Demonstration ist die Dicke der GaAs-Abstandhalter ausgewählt 4λ/n, das ist etwa 1 µm, um sich in der Nähe der Beugung begrenzt Spotgröße von den einfallenden Erregung Strahl. Ein schmaler Abstandhalter ergäbe einen niedrigeren Wirkungsgrad der Kupplung des Strahls Erregung in den Wellenleiter Modus.
Die Versuchsanordnung ist in Abbildung 1dargestellt. Um die Kupplung zu Effizienz, eine asphärische Einzelnobjektiv Ziel EObj mit numerischer Apertur NA = 0,5 und 8 mm Brennweite wird gewählt, um die Erregung Strahl auf das gespalten Gesicht der Probe zu konzentrieren. Die Funktion der Keplerschen Fernrohr (bestehend aus Objektiv paar E1 und E2) in die Erregung Weg ist zweifach: (1), die Blende von der Erregung Ziel EObj zu füllen, damit die Erregung Strahl für bessere Modus-passend zu den Hohlleiter (in eng fokussiert ist Diese Erkenntnis der kollimierten Strahldurchmesser beträgt 2,5 mm), und (2) zu drei Freiheitsgrade im Mittelpunkt der Erregung Strahl auf das gespalten Gesicht der Probe zu manövrieren. Objektiv E1 wird auf eine XY-translationale Halterung montiert, die die zwei Freiheitsgrade der Erregung Stelle frei in die Ebene der gespalten Probe Fläche verschieben bereitstellt. Objektiv E2 ist montiert auf einem nicht rotierenden Zoom Gehäuse festlegt: die Freiheit, die Tiefe der Dreh-und Angelpunkt in der Probe zu wählen. Diese drei Freiheitsgrade ermöglichen es uns, die resonante Anregung von einem einzigen QD zu optimieren, ohne Bewegung der Probe selbst.
In den Fluoreszenz-Sammlung-Pfad wird eine ähnliche Konfiguration der Linse (LObj, L1 und L2) zur Detektion der Fluoreszenz aus verschiedenen Teilen der Probe zu ermöglichen. Das Licht von der Probe wird durch eine zwei Rohr Linsen auf entweder eine IR-Kamera (LCam) oder die Einlauföffnung des Spektrometers (LSpec) fokussiert. Bewegung des L1 entlang der z-Achse stellt den Fokus des Bildes, und seitliche Übersetzung von L2 bewirkt, dass das Bild in der Ebene der Probe zu scannen. Ihre Vergrößerung Einheit ist sind die Brennweiten von L1 und L2 gleich. Dies geschieht, um die Reichweite zu maximieren L2 kann übersetzt werden, bevor Vignettierung auftritt.
Um die Ausrichtung und Lage von einem QD zu erleichtern, ist eine selbst gebaute Illuminator basierend auf Kohler Beleuchtung in das Setup integriert, wie in Abbildung 1dargestellt. Kohler Beleuchtung dient, gleichmäßige Ausleuchtung der Probe und sorgen dafür, dass ein iMagier der Lichtquelle Beleuchtung ist nicht sichtbar im Beispielbild. Die Objektiv-Konfigurationen der Beleuchtung und der Sammlung-Pfad sind sorgfältig entworfen, die konjugierte Bildebenen der Probe und der Lichtquelle zu trennen. Jedes Objektiv in der Sammlung-Pfad wird durch die Summe ihrer Brennweiten von seinen Nachbarn getrennt. Dies sorgt dafür, dass überall, wo das Beispielbild im Fokus – wie z. B. auf den Sensor der Kamera – das Bild der Lichtquelle völlig unscharf gestellt ist. Ähnlich, wo das Bild der Lichtquelle im Fokus – ist wie bei der zurück Brennebene des Ziels – das Beispielbild komplett defokussierten. Die Lichtquelle ist ein kommerzieller Licht emittierende Diode (LED) emittieren bei 940 nm. Die Aperturblende ermöglicht die Einstellung von der Beleuchtungsstärke und der Leuchtfeldblende bestimmt das Sichtfeld zu beleuchtenden. Die Schlüssel für gleichmäßige Ausleuchtung zu realisieren sind, legen Sie den Abstand zwischen Objektiv-K4 und L2, um die Summe der Brennweiten der beiden Linsen werden, und um sicherzustellen, dass die Öffnung der LObj ist nicht überfüllt, durch die Beleuchtung. In diesem Protokoll wird die Beleuchtung auch zur Optimierung der Abstand zwischen LObj und der Probe.
Das Ziel LObj und entweder Schlauch-Objektiv bietet eine Vergrößerung von 20 X auf der Kamera oder das Spektrometer. Die Objektiv-paar L3 und L4 zwischen LObj und LSpec bildet ein weiteres Keplerschen Teleskop, das bietet eine extra 4 X Vergrößerung auf das Bild auf – Coupled Ladegerät (CCD) des Spektrometers. Die Zugabe von Linsen L3 und L4 Ergebnisse in eine Gesamtvergrößerung von 80 X, die notwendig ist, räumlich Fluoreszenz von nahe gelegenen QDs. L3 und L4 zu unterscheiden montiert sind auf spiegeln Halterungen zur Erleichterung der Umstellung von der Vergrößerung, weil 20 X Vergrößerung bietet ein größeres Sichtfeld auf die Probe.
Um das Sichtfeld des Sammlung-Pfades mit dem Pfad des Balkens Erregung durch den Wellenleiter überschneiden, ist die Emission aus dem Kontinuum der Benetzung Schicht Quantenpunkt hilfreich. Man kann die Emissionswellenlänge von der Benetzungsschicht bestimmen, indem Sie messen das Emissionsspektrum der Probe unter über dem Bandabstand Erregung. Für unser Beispiel Benetzung Schicht Emission tritt bei etwa 880 nm bei 4,2 K. Durch die Kopplung eines cw -Laser-Strahls bei 880 nm in den Hohlleiter der Probe, kann man beobachten, eine Streifen-Muster gebildet durch die PL Benetzungsschicht, die im zugehörigen Video zu sehen ist. Das Streak zeigt den Ausbreitungsweg das Anregungslicht, das in den Hohlleiter gekoppelt wurde. Das Vorhandensein dieser Streifen, kombiniert mit der Fähigkeit, die Oberfläche der Probe Bild ist Ausrichtung unkompliziert.

<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

Die Fähigkeit, simultane resonante Anregung und Fluoreszenz-Detektion ist wichtig für Quantum optische Messungen von Quantenpunkten (QDs). Resonante Anregung ohne Fluoreszenz-Detektion – zum Beispiel eine differenzielle Transmissionsmessung – kann einige Eigenschaften der emittierenden Anlage bestimmen, sondern erlaubt keine Anwendungen oder Messungen anhand der emittierten Photonen. Zum Beispiel erfordern die Messung von Photon Korrelationen, Beobachtung des Tripels Mollow und Realisierung der einzelnen Photons Quellen alle Sammlung der Fluoreszenz. Inkohärent Anregung mit Fluoreszenz-Detektion – zum Beispiel über Bandlücke Erregung – kann verwendet werden, um einzelnes Photon Quellen erstellen, sondern die Störung der Umwelt durch die Erregung reduziert die Ununterscheidbarkeit der Photonen. Einzelnes Photon Quellen basierend auf QDs haben zu hohe Photon Ununterscheidbarkeit resonant angeregt werden, und gleichzeitige Sammlung der Photonen wird notwendig sein, machen Gebrauch davon. Wir zeigen, dass eine Methode, um einen einzigen QD resonant begeistern in einem planaren Hohlraum eingebettet, durch die Kopplung des Erregung Strahls in diesen Hohlraum aus dem gespalten Gesicht der Probe während die Fluoreszenz entlang der Probe Oberfläche Normalenrichtung zu sammeln. Indem man sorgfältig die Erregung Strahl in den Wellenleiter Modus des Hohlraums, kann das Anregungslicht paar in den Hohlraum und interagieren mit den QD. Die gestreuten Photonen können an der Fabry-Perot-Modus der Kavität und Flucht in Richtung der Oberfläche normalen koppeln. Diese Methode ermöglicht völlige Freiheit in der Erkennung Polarisierung, aber die Erregung Polarisation wird durch die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls Erregung eingeschränkt. Die Fluoreszenz von der Benetzungsschicht bietet einen Leitfaden zur Sammlung Weg in Bezug auf die Erregung Strahl ausrichten. Die Orthogonalität der Erregung und Erkennung Modi ermöglicht resonante Anregung von einem einzigen QD mit vernachlässigbar Laser Streuung Hintergrund.

Abbildung 1 zeigt eine bestimmte Realisierung der notwendigen Ausrüstung, resonante Anregung von einem einzigen Quantenpunkt zu erreichen. Andere Ausführungen sind möglich, aber die wichtigen Komponenten sind: eine Erregung Weg zum paar zu den Hohlleiter; eine Sammlung Pfad zur Fluoreszenz Detektoren Führung; ein konfokale Erregung Weg entlang des Pfads Kollektion begeistern; und eine Beleuchtung Weg zur Bildgebung der Probenoberfläche zu ermöglichen.</...

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

Resonante Anregung von einem einzigen selbstgebaute Quantenpunkt kann eine Anregung Modus orthogonal zu den Fluoreszenz-Sammlung-Modus erreicht werden. Wir zeigen eine Methode mit dem Hohlleiter und Fabry-Perot-Modi von einem planaren Mikrokavität rund um die Quantenpunkte. Die Methode ermöglicht völlige Freiheit in der Erkennung Polarisierung.

Resonanz-Fluoreszenz ein InGaAs Quantum Dot in einem planaren Hohlraum mit orthogonalen Erregung und Erkennung

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

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.1K Aufrufe.  West Virginia University. Resonante Anregung von einem einzigen selbstgebaute Quantenpunkt kann eine Anregung Modus orthogonal zu den Fluoreszenz-Sammlung-Modus erreicht werden. Wir zeigen eine Methode mit dem Hohlleiter und Fabry-Perot-Modi von einem planaren Mikrokavität rund um die Quantenpunkte. Die Methode ermöglicht völlige Freiheit in der Erkennung Polarisierung.

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

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.

Ablehnung des Fluorescence Resonance Hintergrund in und Spontane Raman Mikrospektroskopie

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

Forschung

Biotechnik

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.

Synthese und Betrieb von Leuchtstofflampen-core Mikrokavitäten für Refraktometrische Sensing

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

Ingenieurwesen

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.

Implementierung eines Referenz-Interferometer für Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

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

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

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

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

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

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonanz-Raman-Spektroskopie von Extreme Nanodrähte und andere 1D-Systeme

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

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

Hohe Auflösung Phonon-unterstützte Quasi- Resonanzfluoreszenzspektroskopie

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.

Bestimmung der Erregung und Kupplung zwischen Lichtemittern und Oberflächen Plasmon Polaritonen

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.

Infrarot-entartete vier-Welle mischen mit Großbildschirmen Erkennung für Quantitative Gassensorik

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

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy (FIONA)

Fluorescence imaging with one-nanometer accuracy (FIONA) is a simple but useful technique for localizing single fluorophores with nanometer precision in the x-y plane. Here a summary of the FIONA technique is reported and examples of research that have been performed using FIONA are briefly described. First, how to set up the required equipment for FIONA experiments, i.e., a total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM), with details on aligning the optics, is described. Then how to carry out a simple FIONA experiment on localizing immobilized Cy3-DNA single molecules using appropriate protocols, followed by the use of FIONA to measure the 36 nm step size of a single truncated myosin Va motor labeled with a quantum dot, is illustrated. Lastly, recent effort to extend the application of FIONA to thick samples is reported. It is shown that, using a water immersion objective and quantum dots soaked deep in sol-gels and rabbit eye corneas (&#62;200 &#181;m), localization precision of 2-3 nm can be achieved.

Fluorescence Imaging with One-nanometer Accuracy FIONA

Single fluorophores can be localized with nanometer precision using FIONA. Here a summary of the FIONA technique is reported, and how to carry out FIONA experiments is described.

Fluoreszenz-Imaging mit One-Nanometer-Genauigkeit (FIONA)

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