Collective effects in the emission from semiconductor microcavities
Final Report Abstract
Ausgehend von umfassenden Vorarbeiten zur Photonenstatistik von Halbleiterlichtquellen in der Dortmunder Arbeitsgruppe wurden im Rahmen dieses Projektes einerseits die vorhandenen Techniken optimiert und ausgereizt, um kollektive Effekte wie Superradianz in der Emission von Quantenpunktlasern zu identifizieren und andererseits komplett neue Spektroskopietechniken entwickelt, um neben dem Bereich der diskreten Variablen auch den Bereich kontinuierlicher Variablen betrachten zu können. Zudem wurden weitere Anwendungsgebiete der Photonenstatistik betrachtet. Ausgangspunkt war hierbei die in Dortmund entwickelte Technik zur zeitaufgelösten Messung der Korrelationsfunktion zweiter Ordnung mit einer Zeitauflösung im Bereich weniger Pikosekunden mit Hilfe einer Streakkamera. Durch Anwendung dieser Spektroskopietechnik konnte mit Unterstützung der Arbeitsgruppen um Frank Jahnke und Sven Höfling demonstriert werden, dass sich bei gepulster Anregung eines Quantenpunktlasers zu späten Zeiten im Zerfall der Photolumineszenz eine superradiante Phase ausbildet. Noch höhere Zeitauflösungen sind mit dieser Technik kaum zu erreichen. Daher wurde im Verlauf des Projekts ein komplett anderer Ansatz zur Charakterisierung von Lichtfeldern mittels homodyner Detektion entwickelt. Dieser Ansatz ermöglicht prinzipiell Messungen mit einer Zeitauflösung, die nur durch die Pulsdauer eines benötigten Referenzlasers, des Lokaloszillators (LO), begrenzt ist. Im Rahmen dieses Projekts konnte eine Zeitauflösung von etwa 100 Femtosekunden erreicht werden. Diese Technik wurde zunächst genutzt, um mit Hilfe eines einzelnen homodynen Detektionskanals die Photonenstatistik eines instabilen Diodenlasers in Echtzeit zu vermessen. Im Anschluß daran wurde das Experiment auf drei homodyne Detektionskanäle erweitert. Dies ermöglicht die Durchführung einer Quantenzustandstomographie für Lichtfelder ohne das Vorhandensein einer starren Phasenreferenz zwischen Signal und LO, was am Beispiel einer Laserdiode unterhalb der Schwelle auch demonstriert werden konnte.
Publications
- Giant photon bunching, superradiant pulse emission and excitation trapping in quantumdot nanolasers, Nature Communications 7, 11540 (2016)
Frank Jahnke, Christopher Gies, Marc Aßmann, Manfred Bayer, HAM Leymann, Alexander Foerster, Jan Wiersig, Christian Schneider, Martin Kamp, Sven Höfling
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms11540) - Quantum-Optically Enhanced STORM (QUEST) for Multi-Emitter Localization. Scientific Reports 8, 7829 (2018)
Marc Aßmann
(See online at https://doi.org/10.1038/s41598-018-26271-1) - Real time g(2) monitoring at 100 kHz
Carolin Lüders, Johannes Thewes, Marc Aßmann
(See online at https://doi.org/10.1364/OE.26.024854) - Streak camera imaging of single photons at telecom wavelength, Applied Physics Letters 102, 031110 (2018)
Markus Allgaier, Vahid Ansari, Christof Eigner, Viktor Quiring, Raimund Ricken, John Matthew Donohue, Thomas Czerniuk, Marc Aßmann, Manfred Bayer, Benjamin Brecht, Christine Silberhorn
(See online at https://doi.org/10.1063/1.5004110)
