Emission characteristics of the resonance fluorescence of semiconductor quantum dots in microcavities
Final Report Abstract
Im Verlauf des Projekts konnte die Resonanzfluoreszenz an einzelnen Quantenpunkten in planaren Resonatoren systematisch in Abhängigkeit von der Anregungsart (Dauerstrich oder gepulst), der Pumpleistung und der Verstimmung des anregenden Lasers gegenüber der exzitonischen Resonanz studiert werden. Des weiteren wurden verschiedene Bereiche der Licht‐Materie‐Wechselwirkungen von Quantenpunkten in Mikroresonatoren studiert. Mit Hilfe gepulster resonanter Laseranregung des trionischen Zustands in einem Quantenpunkt in einem planaren Resonator gelang es bei tiefer Temperature (T = 5 K) nahezu ideale Einzelphotonenzustände herzustellen. Durch die resonante Anregung mit einem π‐Puls konnte der trionische Zustand deterministisch erzeugt werden. Die durch die anschließende strahlende Rekombination erzeugten Photonen wurden mit Hilfe eines Photonen‐Korrelationsexperiments (Hanbury‐Brown and Twiss Aufbau) und eines Zwei‐ Photonen Interferenzexperiments (Hong‐Ou‐Mandel‐Experiment) hinsichtlich ihrer Reinheit und Ununterscheidbarkeit untersucht. Die Messungen ergaben Reinheitsgrade von g(0) = 0.02 und hochgradig ununterscheidbare Photonen (V = 0.9). Diese Werte sind vergleichbar mit den weltweit besten Werten, die an Quantenpunkten in Mikroresonatoren erzielt wurden. Desweiterern wurde die Resonanzfluoreszenz eines einzelnen Quantenpunktes für verschiedene Verstimmungen unter Dauerstrichanregung studiert. Für Anregungsleistungen oberhalb der Sättigung spaltet das Spektrum in ein Triplett auf. Die spektralen Eigenschaften und Kohärenzmerkmale dieses sogenannten Mollow Tripletts hängen stark von der Anregungsleistung und der Laserverstimmung ab. Die drei spektral benachbarten Photonenkanäle haben unterschiedliche Photonenstatistiken. Messungen der Korrelationsfunktion zweiter Ordnung belegen eindeutig die Einzelphotonenemission der Mollow Triplett Seitenbanden. Photonenkreuzkorrelationen zwischen den Seitenbanden spiegeln eine definierte zeitliche Ordnung der Zwei‐Photonen Emissionszustände des Quantenpunktes wider, der somit eine kaskadierte Photonenquelle darstellt. In weiteren Experimenten konnte ein hoher Ununterscheidbarkeitsgrad der Photonen (V = 97 %) nachgewiesen werden. Durch die resonante Anregung einer Mikroresonatormode und der simultanen Messung der Quantenpunktemission konnten wir einen weiten Bereich der Licht‐Materiekopplung studieren. Hierzu gehören die „dressed states“ der Quantenpunkt‐Resonatormode und der AC Stark‐Effekt der über einen großen Bereich der Verstimmung und der Leistung untersucht wurde. Des Weiteren konnten wir überraschenderweise zum ersten Mal ein gleichzeitiges „Dressing“ der Quantenpunkt Exziton und Biexziton‐Zustände messen. Das relativ komplexe Spektrum, das zahlreiche Linienaufspaltungen zeigt, konnte vollständig im Rahmen eines Polaron‐Master‐Gleichung Ansatzes theoretisch beschrieben werden.
Publications
- “Cascaded single‐photon emission from the Mollow triplet sidebands of a quantum dot”, Nat. Photon. 6, 238 – 242 (2012)
A. Ulhaq, S. Weiler, S. M. Ulrich, R. Roßbach, M. Jetter, and P. Michler
(See online at https://doi.org/10.1038/nphoton.2012.23) - Mollow quintuplets from coherently excited quantum dots, Opt. Lett. 38, 1691 (2013)
R.‐C. Ge, S. Weiler, A. Ulhaq, S. M. Ulrich, M. Jetter, P. Michler, and S. Hughes
(See online at https://doi.org/10.1364/OL.38.001691) - “Postselected indistinguishable single‐photon emission from the Mollow triplet sidebands of a resonantly excited quantum dot”, Phys. Rev. B 87, 241302(R) (2013)
S. Weiler, D. Stojanovic, S. M. Ulrich, M. Jetter, and P. Michler
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.241302) - „Detuning‐dependent Mollow triplet of a coherently‐driven single quantum dot“, Optics. Exp. 21, 4382 (2013)
A. Ulhaq, S. Weiler, C. Roy, S. M. Ulrich, M. Jetter, S. Hughes and P. Michler
(See online at https://doi.org/10.1364/OE.21.004382) - “Cavity‐enhanced simultaneous dressing of quantum dot exciton and biexciton states”, Phys. Rev. B 93, 115308 (2016)
F. Hargart, M. Müller, K. Roy‐Choudhury, S. L. Portalupi, C. Schneider, S. Höfling, M. Kamp, S. Hughes, and P. Michler
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.115308)
