Gerichtete transversale Laseremission von elektrisch gepumpten Quantenpunkt-Mikrosäulen Resonatoren
Final Report Abstract
Alle Ziele des Projekts wurden erreicht und weitere, über die ursprüngliche Planung hinausgehende, interessante Ergebnisse wurden erzielt. Im Einzelnen stellen sich die Ergebnisse wie folgt dar: • Die laterale Lichtemission inklusive Lasing in elektrisch betriebenen Ouantenpunkt-Mikrosäulenresonatoren konnte demonstriert werden. Dabei wurde auch die Koexistenz von Flüstergalerie-Moden und gewöhnlichen vertikal emittierenden Moden erstmals nachgewiesen. • Um die gerichtete laterale Lichtemission unter elektrischer Strominjektion zu erreichen, wurde eine Deformation des Resonator-Querschnitts in Limagon-Geometrie gewählt. Diese attraktive Ansatz gewährleistet eine gerichtete laterale Abstrahlung unter Wahrung hoher Q-Faktoren. Er erfordert dabei jedoch den vollen Brechungsindexkontrast zwischen Halbleiter und Umgebung, was im Experiment durch eine neuartige "Air-Bridge"-Technologie ermöglicht wurde. Ein stark gerichtete Lichtemission in elektrischem Betrieb konnte mit Hilfe eines integrierten Mikrorings als Streuzentrum in hervorragender Übereinstimmung mit der Theorie nachgewiesen werden. • Die mikroskopische Halbleitertheorie wurde konzeptionell weiterentwickelt und mit Hilfe eines Computeralgebra-Codes für die praktische Anwendung auf Systeme mit gekoppelten Moden deutlich verbessert. • Die Kopplung von Moden in Quantenpunkt-Mikrosäulen-Resonatoren wurde anhand von Korrelationsfunktionen in Zwei-Moden-Mikrosäulenlasern studiert. Dabei wurde starkes Photonbunching und signifikante Antikorrelationen der beiden Moden im Experiment gefunden. Dieses überraschende Phänomen konnte mit Hilfe der mikroskopischen Halbleitertheorie bestätigt und anschließend mit dem eigens entwickelten "birth-death model" vollständig aufgeklärt werden. • Das neuartige Konzept der in-plane Kopplung von Flüstergalerie-Laser und Mikrosäulen-Resonator für „on-chip" cQED wurde entwickelt und eindrucksvoll realisiert. Dieses Konzept stellt eine Basis für weitere Experimente und Anwendungen im Bereich der integrierten Quantenoptik dar.
Publications
- Whispering gallery mode lasing in electrically driven quantum dot micropillars. Appl. Phys. Lett, 97:101108, 2010
F. Albert, T. Braun, T. Heidel, C. Schneider, S. Reitzenstein, S. Höfling, L. Worschech, and A. Forchel
- Electrically driven quantum dot micropillar light sources. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron., 17:1670, 2011
S. Reitzenstein, T. Heindel, C. Kistner, F. Albert, T. Braun, C. Hopfmann, P. Mrowinski, M. Lermer, C. Schneider, S. Höfling, M. Kamp, and A. Forchel
- Observing chaos for quantum-dot microlasers with external feedback. Nature Comm., 2:336, 2011
F. Albert, C. Hopfmann, S. Reitzenstein, C. Schneider, S. Höfling, L. Worschech, M. Kamp, W. Kinzel, A. Forchel, and I. Kanter
- Directional whispering gallery mode emission from Limagon-shaped electrically pumped quantum dot micropillar lasers. Appl. Phys. Lett, 101:021116, 2012
F. Albert, C. Hopfmann, A. Eberspächer, F. Arnold, M. Emmerling, C. Schneider, S. Höfling, A. Forchel, M. Kamp, J. Wiersig, and S. Reitzenstein
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4733726) - Expectation value based cluster expansion. Phys. Status Solidi C, 10:1242, 2013
H.A.M. Leymann, A. Foerster, and J. Wiersig
- Intensity fluctuations in bimodal micropillar lasers enhanced by quantum-dot gain competition. Phys. Rev. A, 87:053819, 2013
H.A.M. Leymann, C. Hopfmann, F. Albert, A. Foerster, M. Khanbekyan, C. Schneider, S. Höfling, A. Forchel, M. Kamp, J. Wiersig, and S. Reitzenstein
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevA.87.053819) - Nonlinear emission characteristics of quantum dot-micropillar lasers in the presence of polarized optical feedback. New J. Phys., 15:025030, 2013
C. Hopfmann, F. Albert, C. Schneider, S. Höfling, M. Kamp, A. Forchel, I. Kanter, and S. Reitzenstein
(See online at https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/2/025030) - On-chip quantum optics with quantum dot microcavities. Adv. Mat., 25:707-710, 2013
E. Stock, F. Albert, C. Hopfmann, M. Lermer, C. Schneider, S. Höfling, A. Forchel, M. Kamp, and S. Reitzenstein
(See online at https://doi.org/10.1002/adma.201202778) - Strong photon bunching in a quantum-dot-based two-mode microcavity laser. Phys. Status Solidi B, 250:1777, 2013
H.A.M. Leymann, A. Foerster, M. Khanbekyan, and J. Wiersig
(See online at https://doi.org/10.1002/pssb.201200715)
