Nichtlineare Optik

Nano-Optoelektronik

Wir untersuchen die Ladungsträgerdynamik in nanoskaligen Quantensystemen, die als aktive Medien in Verstärkern, zum ultraschnellen optischen Schalten, als Modulatoren, Laser, Einzelphotonenquellen oder auch Qbits fungieren. Insbesondere beschäftigen wir uns mit heterodimensionalen Systemen, bei denen nulldimensionale Strukturen in zweidimensionalen Ladungsträgerreservoirs eingebettet sind und studieren den Einfluss von Zustandsdichten und Möglichkeiten der Kontrolle der Kopplung zwischen aktivem Medium und Reservoir.

Personal:

Dr. Nina Owschimikow

Bastian Herzog

Mirco Kolarczik

Sophia Helmrich

Gain- und Phasendynamik in Submonolagen-basierten Halbleiterverstärkern

Ein spezielles Medium, das wir untersuchen, sind InAs/GaAs-basierte Submonolagequantenpunkte. Diese Strukturen können die große Zustandsdichte von Quantenfilmen mit den kurzen Erholungszeiten und der hohen Stabilität von Quantenpunkten verbinden. Die kurzen Erholungszeiten und die dem zugrunde liegende effiziente Kopplung zwischen aktivem Medium und Ladungsträgerreservoir wurde von uns mit heterodyn detektierter Pump-Probe-Spektroskopie gezeigt.

 

Modellierung der optischen Response von Submonolagen-basierten Halbleiterbauelementen

Elektrolumineszenz- und Pump-Probe-Experimente an Submonolagen-basierten Verstärkersystemen zeigten einen hohen optischen Gain von 90 cm-1 mit ultraschneller Erholung. Wir schlagen ein Ratengleichungssystem zur Beschreibung der mikroskopischen Ladungsträgerdynamik vor, welches quantitativ das beobachtete Verhalten reproduziert und ein tieferes Verständnis des Materialsystems ermöglicht. Im Gegensatz zu den Stranski-Krastanov Quantenpunkten ist bei Submonolagen die Erholung durch laterale Kopplung der Quantenpunkte verstärkt. Optisch inaktive Submonolagen-Zustände bilden ein effizientes Reservoir und verursachen gleichzeitig hohe optische Nichtlinearitäten. Diese bilden die Voraussetzung für die Erzeugung von Modenkopplung und damit Pulszügen in Submonolagen-basierten Lasern.