Decay Dynamics of Quantum Dots in Nanophotonic Structures

Jeppe Johansen

Research output: Book/ReportPh.D. thesisResearch

572 Downloads (Pure)

Abstract

Denne afhandling beskriver tidsopløste optiske målinger af spontan emission fra selvdannede kvantepunkter indlejret i nanofotoniske strukturer. Afhandling fokuserer i særlig grad på at opnå forståelse af den spontane emissions henfaldsdynamik. Kvantepunkternes fundamentale egenskaber, d.v.s. deres kvanteeffektivitet og oscillatorstyrke, bestemmes. En fastlæggelse af disse egenskaber er nødvendig for at kunne opnå en forståelse af vekselvirkningen mellem lys og emittere i komplekse nanofotoniske strukturer. Den eksperimentelle metode beror på, at kvantepunkterne placeres forskellige steder i en struktur med en kendt variation i den lokale optiske tilstandstæthed. Energiafhængigheden af kvanteeffektiviteten og oscillatorstyrken fastlægges ved at udføre tidsopløste målinger på forskellige undergrupperinger af kvantepunkterne. Det viser sig, at store kvantepunkter, som udsender lys ved lav energi, besidder bedre optiske egenskaber end små kvantepunkter. Der etableres en relation mellem kvantepunktets oscillatorstyrke og overlappet af elektronens og hullets bølgefunktioner. Ud fra denne relation bestemmes overlappets energiafhængighed. Den spontane emissions henfaldsdynamik studeres under systematisk varierede pumpebetingelser og analyseres i model baseret på excitonens finstrukturniveauer. Ved denne analyse findes den intrinsiske spin flip-rate imellem de optisk aktive (bright) og de optisk inaktive (dark) excitontilstande. Endeligt studeres den stærkt modificerede spontane emission fra kvantepunkter indlejret i en membran med fotonisk krystalstruktur. I fuld overensstemmelse med teoretiske beregninger af et to-dimensionelt fotonisk båndgab observeres en kraftig undertrykkelse af den spontane emission i et bredt frekvensspektrum samt en øget emissionsrate på begge sider af dette. Ved at anvende den opnåede viden om henfaldsdynamikken foretages den første succesfulde sammenligning mellem eksperimentelle målinger og en tredimensional beregning af den lokale optiske tilstandstæthed.
Original languageEnglish
Number of pages139
ISBN (Print)87-92062-15-6
Publication statusPublished - Aug 2008

Cite this