Experimentalphysik/Festkörperphysik

Zeitkorrelierte Photolumineszenzspektroskopie von Einzelphotonenemittern und Lasern

Wir verwenden zeitaufgelöste Photolumineszenz (TRPL), um die Photonenstatistik von Emittern zu untersuchen. Die Photonenstatistik beschreibt, wie geordnet ein Strom von Photonen ist. Beispielsweise kann ein Einzel-Photonenemitter (SPE) jeweils nur ein Photon emittieren, und daher wird der Photonenstrom niemals zwei Photonen gleichzeitig enthalten. Dies wird gemessen, indem der Photonenstrom mit einem Strahlteiler (Hanbury-Brown-Twiss-Aufbau) in zwei Pfade geteilt wird und dann ein zeitkorreliertes Einzelphotonenzählexperiment durchgeführt wird, bei dem die Zeitdifferenz zwischen den Photonenzählungen auf beiden Detektoren gemessen wird (die sogenannte g2-Funktion). Für einen SPE führt dies zu einer starken Reduktion der Koinzidenz bei t = 0. Diese Technik kann auch verwendet werden, um das Lasern in Strukturen zu verifizieren, wo die Laserschwelle nicht deutlich sichtbar ist und/oder andere Indikatoren eines Lasermodus (wie etwa das Fernfeldstrahlprofil) nicht leicht zugänglich sind. Hier unterscheidet sich ein thermischer Emitter (z. B. eine Laserstruktur unterhalb der Schwelle) vom Laser durch g2 (0) > 1.

Ähnliche Methoden  können verwendet werden, um fortgeschrittenere statistische Eigenschaften von Photonen wie Ununterscheidbarkeit (Hong-Ou-Mandel-Aufbau) zu untersuchen. Hier wird gezeigt, dass zwei Photonen einer Quelle äquivalent sind, was eine Voraussetzung für komplexere Quantenoperationen wie Verschränkung ist.

Alle diese Messungen können mit verschiedenen, potentiell resonanten Anregungsquellen durchgeführt werden, die in (LINK ZU TRPL) beschrieben sind. Insbesondere werden jedoch möglichst cw-Anregungsbedingungen benutzt, da dies eine Abtastung aller Zeitunterschiede erlaubt, während eine gepulste Anregung nur eine Abtastung bei Zeitdauern erlaubt, die der Wiederholungsrate (verbreitert um die Lebensdauer) entsprechen.