Entwicklung von deterministischen Quantenlichtquellen aus InP-basierten Quantenpunkten im Telekom-C-Band

• Antragsteller: Professor Dr. Mohamed Benyoucef; Professor Dr. Stephan Reitzenstein
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418390659

Ziel dieses Projektes ist die Erzeugung nicht-klassischen Lichts bei Telekom-Wellenlängen (1.55 μm). Es basiert auf selbstorganisierten InP Quantenpunkten, die deterministisch in photonische Mikrostrukturen integriert werden. Das Projekt verfolgt dabei drei wesentliche Ziele: Die externe Kontrolle elektronischer Zustände der Quantenpunkte, die Erhöhung der Auskoppeleffizienz der Quantenpunkte für effektive Untersuchungen zu Einzelphotonenemission und Zwillingsphotonenemission, und die elektrische Erzeugung einzelner Photonen. Diese Ziele sollen durch optimiertes epitaktisches Wachstum, durch Emissionskontrolle über Strain-Tuning, und durch die Integration von Quantenpunkten in Mikrolinsen mittels in-situ Elektronenstrahllithographie erreicht werden. In Kombination mit einem substratseitigen Spiegel verfügen die Mikrolinsen hierbei über eine spektral breitbandige Auskoppeleffizienz als ideale Basis für die effektive optische und quantenoptische Spektroskopie der Telekom-Quantenemitter. Einzelphotonenemission soll über elektrisch kontaktierte Mikrolinsen realisiert werden, durch welche auch die Ladungsträgerkonfiguration exzitonischer Komplexe kontrolliert werden soll. Die Erzeugung von Zwillingsphotonenpaaren basiert auf der zeitlich korrelierten Photonenemission der spektral entarteten Biexziton-Exziton Kaskade. Für eine systematische Untersuchung dieses Prozesses sollen optisch betriebene Mikrolinsen mit Piezoelementen versehen werden, so dass die Biexziton-Bindungsenergie auf die Feinstrukturaufspaltung des hellen Exzitons abgestimmt werden, was die Basis für Zwillingsphotonenemission ist. Das vorliegende Projekt kombiniert die führende Expertise der involvierten Gruppen im Wachstum und der optischen Charakterisierung hochqualitativer InP Quantenpunkte im Telekom-Wellenlängenbereich (UNIKESSEL), sowie der der deterministischen Herstellung von Quantenlichtquellen und der quantenoptischen Studie von Halbleiter-Quantenpunkten (TUB). Das Projekt wird das Verständnis von Quantenemittern im Telekom-Wellenlängenbereich erheblich erweitern und wird sehr attraktive Perspektiven für Einzelphotonen- und Zwillingspaaremission in der glasfaserbasierten Quantenkommunikation und in der nichtlinearen Spektroskopie eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Grzegorz Sek