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Titelaufnahme

Titel
Quantenoptik mit Halbleiterquantenpunkten / von Dirk Florian Heinze ; Erstgutachter: Prof. Dr. Stefan Schumacher, Zweitgutachter: Prof. Dr. Jens Förstner
AutorHeinze, Dirk Florian
BeteiligteSchumacher, Stefan ; Förstner, Jens In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen ; Zentgraf, Thomas In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen ; Gerstmann, Uwe In der Gemeinsamen Normdatei der DNB nachschlagen
ErschienenPaderborn, 2018
Ausgabe
Elektronische Ressource
Umfang1 Online-Ressource (121 Seiten) : Diagramme
HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2018
Anmerkung
Tag der Verteidigung: 20.12.2018
Verteidigung2018-12-20
SpracheDeutsch
DokumenttypDissertation
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-32762 Persistent Identifier (URN)
DOI10.17619/UNIPB/1-518 
Dateien
Quantenoptik mit Halbleiterquantenpunkten [37.96 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Halbleiterquantenpunkte gelten als gute Kandidaten für deterministische Quantenlichtquellen. In dieser theoretischen Arbeit werden zwei Fälle untersucht, in denen Zweiphotonenprozesse Ein- und Zweiphotonenzustände erzeugen können. Dazu wird die Von-Neumann-Gleichung numerisch gelöst. Im Gegensatz zur Emissionskaskade von einem Biexziton erzeugt der direkte Zweiphotonenübergang vom Biexziton in den Grundzustand eines Quantenpunktes polarisationsverschränkte Photonen, deren Verschränkungsgrad unempfindlich gegenüber der Feinstrukturaufspaltung der Exzitonen ist. Es werden phononassistierte Zerfallsprozesse in Born-Markov-Näherung berücksichtigt. Bei tiefen Temperaturen wird der Einfluss der Phononen unterdrückt, sodass hochgradig verschränkte Photonenpaare emittiert werden können. Das Spektrum und die Quantenstatistik der Photonenpaare werden untersucht. Von Interesse ist auch der Zerfall des Biexzitons in Systemen mit bimodalen Resonatoren. Hier kann ein hoher Grad der Verschränkung erreicht werden. Ein Zweiphotonenprozess vom Biexziton eignet sich auch zur Erzeugung von Einzelphotonen. Es wird ein neues Konzept vorgestellt, bei dem ein Laserpuls das System vom Biexziton in ein virtuelles Niveau in der Bandlücke des Halbleiters treibt. Wenn das System von diesem Zwischenzustand in den Grundzustand relaxiert, wird ein Photon emittiert. Auch unter Berücksichtigung von phononassistierten Prozessen zeigt sich das Potential zur On-Demand-Emission. Die Quelle emittiert bei tiefen Temperaturen Photonen mit einer hohen Ununterscheidbarkeit. Der Prozess höherer Ordnung erlaubt es, die Polarisation, die Frequenz und den Emissionszeitpunkt optisch mit einem Laserpuls zu kontrollieren. Zweiphotonenprozesse ermöglichen somit vielseitig einsetzbare Quantenlichtquellen, die in der Quanteninformationswissenschaft benötigt werden.

Zusammenfassung (Englisch)

Applications in quantum information science require sources of quantum light. Here, sources that emit single photons or pairs of polarization entangled photons are of particular importance. In this theoretical work quantum light sources based on two-photon transitions from quantum-dot biexcitons are studied. Therefore, the von Neumann equation is solved numerically. The coupling to the environment is treated in the Born-Markov approximation. The biexciton emits polarization entangled photons. In contrast to the usual cascaded emission process via the excitons the degree of polarization entanglement is insensitive to the fine-structure splitting of the excitons. At low temperatures, this process is robust against the phonon-assisted cavity feeding. The spectral and quantum-statistical properties of the emitted photons are characterized. Additionally, the emission from the biexciton into high-Q bimodal cavities for a special case of resonance energies is studied. It can be shown that a high degree of polarization entanglement can be reached under these circumstances. A two-photon emission process can also be used to generate single photons. A novel single photon emission scheme is proposed that uses a laser pulse to drive the system from the biexciton into a virtual state inside the band gap from which a single photon is emitted once the system relaxes to its ground state. The properties of the single photon such as its polarization state, frequency and time of emission can be controlled optically in this higher order process. The emission scheme is enhanced by a high-Q cavity but it does not rely on it. The indistinguishability of the emitted photons and the possibility for on-demand generation of single photons is examined. Two-photon processes from a quantum dot biexciton are a versatile source for the generation of quantum light, as required in future quantum ...

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