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Optoelettronica QW in MC

Optoelettronica QW in MC. Assorbimento, Emissione: joint DOS. Elettrone e lacuna si attraggono e possono formare un eccitone. Nel piano l’eccitone è libero di muoversi. Eccitone. -e. -e. +e. +e. Dipendenza dallo spessore del pozzo. -e. +e. Sommario eccitone in QW. Spin intero.

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Optoelettronica QW in MC

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Presentation Transcript

  1. Optoelettronica QW in MC

  2. Assorbimento, Emissione: joint DOS

  3. Elettrone e lacuna si attraggono e possono formare un eccitone Nel piano l’eccitone è libero di muoversi Eccitone -e -e +e +e

  4. Dipendenza dallo spessore del pozzo

  5. -e +e Sommario eccitone in QW Spin intero Picco di assorbimento ben separato dal continuo e-h • Stato isolato nel gap • Transizione tunabile • Statistica bosonica • Moto libero nel piano (k//) • DOS a scalini

  6. Pompaggio elettrico molto efficiente

  7. Sistema che ammette inversione di popolazione

  8. Guadagno Bulk QW Massimo g su stato eccitato frequenza emissione che varia Massimo g su stato fd frequenza emissione che varia

  9. Soglia Laser a QW molto più efficiente del laser bulk

  10. Azione della cavità

  11. Grande divergenza Fascio ellittico Laser a giunzione standard 60°

  12. Quantum well in MC

  13. Situazione usuale RT Cavità verticale con Q elevato (poche perdite, riduzione soglia) QW MC

  14. In LED effetto filtro Situazione usuale RT QW Emission Narrowing MC

  15. Dipendenza angolare

  16. Apertura angolare cavità Minor divergenza Fascio circolare (miglior accoppiamento in fibra) FWHM

  17. Microcavità Angular patter Dipolo Isotropo

  18. Laser a cavità verticale Minor divergenza Fascio circolare (miglior accoppiamento in fibra) Soglia inferiore Miglior stabilità Minore rumore (studio quantum noise) Test su wafer Vertical Cavity Semiconductor Emission Laser (VCSEL) 5° FP Cavity

  19. VCSEL

  20. Strong coupling (teoria classica)

  21. Situazione ottimale a LT QW MC

  22. Modello di Lorentz per l’eccitone Oscillatore armonico forzato Soluzione stazionaria Dipolo elettrico indotto Polarizzabilità

  23. Modello di Lorentz per l’eccitone Polarizzazione macroscopica Costante dielettrica Indice di rifrazione complesso

  24. Modello di Lorentz per l’eccitone Coefficiente di assorbimento Indice di rifrazione

  25. Modello di Lorentz per l’eccitone a Indice di rifrazione di background Dispersione anomala Dispersione usuale n

  26. Trasmissione FP con risonanza e assorbimento Assorbimento riduce trasmissione e allarga le risonanze

  27. Trasmissione FP con risonanza Trascurando jr la condizione di risonanza è

  28. Calcolo posizione risonanze Cavità ben accordata Metodo grafico

  29. Metodo grafico, cavità vuota

  30. Metodo grafico, cavità con eccitone 3 soluzioni

  31. Spettri cavità con eccitone 2 modi normali Picco centrale trova un forte assorbimento e non compare negli spettri Resta un piccolo assorbimento sulle code della banda eccitonica

  32. Se la cavità è fuori sintonia eccitone cavità vuota

  33. Al variare del tuning l eccitone nudo

  34. Al variare del tuning

  35. Anticrossing bare photon bare exciton Polariton Half-photon, half-exciton

  36. Al crescere della forza di oscillatore (ovvero del coupling) G

  37. Eccitone nudo Al crescere della forza di oscillatore lo splitting aumenta Modi normali

  38. Al crescere dell’ allargamento g

  39. Eccitone nudo Al crescere dello allargamento lo splitting diminuisce fino a sparire Modi normali

  40. Esistenza polaritone Coupling regimes Broadening distrugge Strong coupling WC:VCSEL SC:Polariton

  41. Effetti quantistici BEC polaritoni

  42. Bose-Einstein condensation (BEC) of an ideal Bose gas1 • The Bose-Einstein distribution function: • In a d-dimensional system with a parabolic dispersion around k=0: • In a 3D (d=3) system with a parabolic dispersion around k=0: 1 S.N. Bose, Z. Phys. 26, 178 (1924), A. Einstein, Sitzber. Kgl. Preuss. Akad. Wiss (1924).

  43. Phase diagram of exciton-polaritons Weak coupling Weak coupling Strong coupling Solid lines show the critical concentration Nc versus temperature of the polariton KT phase transition. Dotted and dashed lines show the critical concentration Nc for quasi condensation in 100 µm and 1 meter lateral size systems, respectively.

  44. Phase diagrams of exciton-polaritons in different materials Solid lines show the critical concentration Nc versus temperature of the polariton KT phase transition. Dotted and dashed lines show the critical concentration Nc for quasi condensation in 100 µm and 1 meter lateral size systems, respectively.

  45. CdTe T=5K

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