Time-resolved spectroscopy of quantum dot single-photon sources

Udviklingen af en effektiv enkelt-foton-kilde har fundamental interesse på grund at den specielle kvantemekaniske tilstand af det udsendte lys og er desuden en vigtig komponent i mange kvanteoptiske anvendelser som fx kvantekryptografi og kvanteinformation. I denne afhandling undersøges effektive enkelt-foton-kilder baseret på kvantepunkter ved brug af tidsopløst spektroskopi. To lovende enkelt-foton kilder er blevet undersøgt. Den første er en mikrosøjlekavitet med indlejrede kvantepunkter, hvor fotoluminescens spektre og henfaldsrater af kvantepunkterne er blevet målt. En kraftig forstærkning af henfaldsraten observeres, hvilket skyldes koblingen til kaviteten og derved en effektiv udsendelse af fotoner fra enkelt-foton kilden. Enkelt-foton egenskaberne af mikrosøjlekaviteterne er også undersøgt ved at måle enkelt-foton statistikken af det udsendte lys og uadskilleligheden af de udsendte fotoner som er en vigtigt parameter for anvendelser indenfor kvanteinformation. En model for koblingen mellem kaviteten og kvantepunktet er udviklet og sammenlignet med målingerne. Denne giver en konsistent forståelse af koblingen mellem et kvantepunkt og en mikrosøjlekavitet for både spektre, henfaldsrater, enkelt-foton statistik og uadskilleligheden af fotonerne. En ny enkelt-foton-kilde baseret på kvantepunkter i en fotonisk krystalbølgeleder er desuden fabrikeret og undersøgt. Dette er en lovende enkelt-foton-kilde på grund af den langsomme udbredelse af lys i bølgelederen, som medfører en effektiv kobling af lyset udsendt af kvantepunktet i bølgelederen. Denne kobling er eksperimentelt demonstreret for første gang og en effektivitet på op til 89 % er målt. Desuden udregnes frekvensafhængigheden af koblingen og findes i god overensstemmelse med de målte data. Endnu mere interessant er det at båndbredden af koblingen er 2%, hvilket svarer til 20 nm og er meget bredere end for enkelt-foton-kilder baseret på kaviteter.