Ultra-helle Einzelphotonen-Quellen und Quellen verschränkter Photonenpaare

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Michler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258767146

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Herstellung von sehr hell leuchtenden, optisch gepumpten, ununterscheidbaren Quellen für einzelne und verschränkte Photonen im nahen infraroten Spektralbereich, so wie optisch und elektrisch betriebenen sehr helle Einzelphotonen-Quellen im sichtbaren roten Spektralbereich. Das erste Ziel kann letztendlich nur durch eine Kombination eines neuen Designs einer Resonatorstruktur mit positionierten Halbleiter-Quantenpunkten gekoppelt mit einem Wellenleiter und einer resonanten Pumptechnik erreicht werden. Hierzu werden InAs/GaAs Quantenpunkte (QP) eingebettet in eine hochreflektierende DBR-Struktur sehr präzise mit einer Präzision auf Nanometer Basis genau in Mirkopfostenresonatoren platziert. Daran werden nun ein-dimensionale Nanodrähte angebracht, die eine resonante Seitenanregung der QP erlauben bei gleichzeitiger sehr hohen Laser-Streulichtunterdrückung. Diese experimentelle Anordnung ermöglicht uns die Herstellung einer sehr hellen Quelle von verschränkten Photonen mit einer hohen Fidelity und geringer Dephasierung.Das zweite angestrebte Ziel ist die Realisierung einer sehr hellen elektrisch angetriebenen Einzel-Photonenquelle im Materialsystem GaInP/AlGaInP und somit im sichtbaren roten Spektralbereich. Auch hier werden QP, diesmal bestehend aus InP, in hochreflektierende DBR-Spiegel eingebettet, welche nun dotiert sind und somit die elektrische Kontaktierung erlauben. Dann werden zum einen Mikropfostenresonatoren und zum anderen resonante Resonator-LEDs (RC-LED), ebenfalls mit der oben genannten Genauigkeit hergestellt. Die RC-LEDs beinhalten zusätzlich noch eine Oxid-Apertur, die den Stromfluss direkt durch den QP in der Mitte des Bauteils leitet. Durch beide Herstellungsverfahren ist es uns möglich elektrisch betriebene Einzelphotonenquellen mit hohen Repetitionsraten von einigen GHZ, hohen Einsammeleffizienzen und geringen Untergrundemissionen herzustellen.Diese herausfordernden Ziele können nur durch die einzigartige Kooperation der weltweit führenden Gruppen in der Herstellung und Charakterisierung dieser Art von Quellen umgesetzt werden. Die speziellen, einzigartigen Schlüsselqualifikationen sind die in-situ Lithographie entwickelt in der Gruppe von Pascale Senellart und die Seiten-Anregungstechnik für die resonante Präparation von Exzitonen und Biexzitonen federführend entwickelt von Peter Michlers Gruppe in Stuttgart.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Pascale Senellart