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

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.