Трёхмерная флуоресцентная наноскопия одиночных квантовых излучателей на основе оптики спиральных пучков света

И.Ю. Ерёмчев^†^а, б, Д.В. Прокопова^в, Н.Н. Лосевский^в, И.Т. Мынжасаров^б, г, С.П. Котова^‡^в, А.В. Наумов^§^{а, б, г, д}
^аИнститут спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
^бФизический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский проспект 53, Москва, 119991, Российская Федерация
^вСамарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, ул. Ново-Садовая 221, Самара, 443011, Российская Федерация
^гМосковский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Институтский пер. 9, Долгопрудный, Московская обл., 141701, Российская Федерация
^дМосковский государственный педагогический университет, Москва, Российская Федерация

Флуоресцентная дальнеполевая микроскопия сверхвысокого пространственного разрешения (наноскопия), отмеченная Нобелевской премией по химии в 2014 г., стала одним из наиболее востребованных инструментов в мультидисциплинарных приложениях фотоники. Рассмотрена техника трёхмерной наноскопии с детектированием трансформированных флуоресцентных изображений одиночных квантовых излучателей (на примере полупроводниковых коллоидных квантовых точек, КТ). Нанометровое пространственное разрешение при восстановлении всех трёх координат одиночных КТ достигается за счёт аппаратной модификации функции рассеяния точки с использованием высокоэффективных фазовых пространственных преобразователей светового поля (дифракционных оптических элементов, ДОЭ). Фазовые распределения ДОЭ, обеспечивающие формирование двухлепестковых световых полей с вращением распределения интенсивности при распространении, получены на основе оптики спиральных пучков света. Обсуждается вопрос о расчёте ДОЭ, обеспечивающих наилучшую эффективность преобразования световых пучков. Проведён теоретический и экспериментальный анализ точности метода в зависимости от экспериментальных параметров: интенсивности фотолюминесценции КТ, времени накопления сигнала, плотности мощности возбуждающего лазерного излучения, аппаратной функции объектива микроскопа. Показано, что для исследованных КТ CdSeS/ZnS точность определения координат может достигать значений $\sim 10$ нм при экспозиции $\sim 100$ мс.

Текст pdf (918 Кб)

Скачивая файл я соглашаюсь с условиями использования.

English fulltext is available at DOI: 10.3367/UFNe.2021.05.038982

Ключевые слова: люминесценция, микроскопия, наноскопия, дифракционный предел, пространственное разрешение, одиночная молекула, квантовая точка, функция рассеяния точки, адаптивная оптика, дифракционный оптический элемент, моды Лагерра—Гаусса, спиральные пучки, биспиральная функция рассеяния точки, DHPSF, квантовая оптика, нанодиагностика, сенсорика
PACS: 42.79.−e, 78.55.−m, 78.67.Hc (все)
DOI: 10.3367/UFNr.2021.05.038982
URL: https://ufn.ru/ru/articles/2022/6/d/
Web of Science

001098556300002
Scopus

2-s2.0-85173944206
ADS NASA

2022PhyU...65..617E
Цитата: Ерёмчев И Ю, Прокопова Д В, Лосевский Н Н, Мынжасаров И Т, Котова С П, Наумов А В "Трёхмерная флуоресцентная наноскопия одиночных квантовых излучателей на основе оптики спиральных пучков света" УФН 192 663–673 (2022)

BibTexBibNote ® (generic)BibNote ® (RIS)MedlineRefWorks

Поступила: 10 марта 2021, одобрена в печать: 3 мая 2021

English citation: Eremchev I Yu, Prokopova D V, Losevskii N N, Mynzhasarov I T, Kotova S P, Naumov A V “Three-dimensional fluorescence nanoscopy of single quantum emitters based on the optics of spiral light beams” Phys. Usp. 65 617–626 (2022); DOI: 10.3367/UFNe.2021.05.038982

Список литературы (33) ↓ Статьи, ссылающиеся на эту (5) Похожие статьи (11)

Moerner W E Angew. Chem. Int. Edit. 54 8067 (2015)
Betzig E Angew. Chem. Int. Edit. 54 8034 (2015)
Hell S W Angew. Chem. Int. Edit. 54 8054 (2015)
Möckl L, Moerner W E J. Am. Chem. Soc. 142 17828 (2020)
Naumov A, Eremchev I Yu, Gorshelev A A Eur. Phys. J. D 68 348 (2014)
Наумов А В УФН 183 633 (2013); Naumov A V Phys. Usp. 56 605 (2013)
Huang B et al Science 319 810 (2008)
Liu L X et al Laser Optoelectron. Prog. 57 14 (2020)
Майорова А М Фотоника 12 134 (2018)
Khonina S N et al J. Mod. Opt. 46 227 (1999)
Абрамочкин Е Г, Волостников В Г УФН 174 1273 (2004); Abramochkin E G, Volostnikov V G Phys. Usp. 47 1177 (2004)
Pavani S R P, Piestun R Opt. Express 16 22048 (2008)
Волостников В Г УФН 182 442 (2012); Volostnikov V G Phys. Usp. 55 412 (2012)
Shechtman Y et al Nano Lett. 15 4194 (2015)
Прокопова Д В и др Изв. РАН. Сер. физ. 83 1612 (2019); Prokopova D V et al Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 83 1453 (2019)
Pavani S R P et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106 2995 (2009)
von Diezmann L, Shechtman Y, Moerner W E Chem. Rev. 117 7244 (2017)
Баев А А и др Изв. РАН. Сер. физ. 82 1140 (2018); Baev A A et al Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 82 1034 (2018)
Еремчев И Ю и др Письма в ЖЭТФ 108 26 (2018); Eremchev I Yu et al JETP Lett. 108 30 (2018)
Möckl L, Roy A R, Moerner W E Biomed. Opt. Express 11 1633 (2020)
Разумов В Ф УФН 186 1368 (2016); Razumov V F Phys. Usp. 59 1258 (2016)
Аржанов А И и др Фотоника 15 622 (2021)
Аржанов А И и др Фотоника 16 96 (2022)
Кулик С И и др Журн. прикладной спектроскопии 85 814 (2018); Kulik S I et al J. Appl. Spectrosc. 85 916 (2018)
Еремчев И Ю, Еремчев М Ю, Наумов А В УФН 189 312 (2019); Eremchev I Yu, Eremchev M Yu, Naumov A V Phys. Usp. 62 294 (2019)
Razueva E, Abramochkin E J. Opt. Soc. Am. A 36 1089 (2019)
Волостников В Г и др Изв. РАН. Сер. физ. 80 841 (2016); Volostnikov V G et al Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 80 766 (2016)
Воронцов Е Н и др Краткие сообщ. по физике ФИАН 45 (3) 9 (2018); Vorontsov E N et al Bull. Lebedev Phys. Inst. 45 (3) 71 (2018)
Прокопова Д В, Котова С П Фотоника 14 170 (2020)
Mortensen K I et al Nat. Meth. 7 377 (2010)
Efros A L, Rosen M Phys. Rev. Lett. 78 1110 (1997)
Frantsuzov P A, Vólkan-Kacsó S, Jankó B Phys. Rev. Lett. 103 207402 (2009)
Osad'ko I S, Eremchev I Yu, Naumov A V J. Phys. Chem. C 119 22646 (2015)