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Applicazioni Fotonica 2: Emissione

Applicazioni Fotonica 2: Emissione. Negative v g Strong dispersion. Slow light. Emissione spontanea. Regola aurea Fermi. Campo quantizzato. Stati coinvolti. Emissione spontanea. Sostituendo. Densità di stati fotonici nel vuoto. Volume in k-space per state

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Applicazioni Fotonica 2: Emissione

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Presentation Transcript

  1. Applicazioni Fotonica 2: Emissione

  2. Negative vg Strong dispersion Slow light

  3. Emissione spontanea Regola aurea Fermi Campo quantizzato Stati coinvolti

  4. Emissione spontanea Sostituendo

  5. Densità di stati fotonici nel vuoto Volume in k-space per state Volume in k-space occupied by states with frequency less than w Number of photon states in this volume Density of states with frequency (w,w+dw) per unit volume

  6. Emissione spontanea in vuoto Sostituendo

  7. Densità di stati fotonici PhC Volume in k-space per state Volume in k-space occupied by states with frequency less than w Number of photon states in this volume Density of states with frequency (w,w+dw) per unit volume

  8. Homogeneous medium Densità di stati fotonici in mezzi isotropi

  9. Densità di stati fotonici PhC Perfect PhC Very small DOS

  10. Densità di stati fotonici PhC con difetto Very large LDOS PhC with point defect

  11. Acceleration of the emission Suppression of the emission Proceedings of APS meeting April 1946

  12. Microcavity on slab a a=300 nm, d=90 nm d

  13. Emissione spontanea in microcavità Regola aurea Fermi Campo quantizzato in microcavità Sostituendo Nel vuoto LDOS

  14. Emissione spontanea in cavità Alla risonanza Il rate dipende dalla posizione dell’emettitore rispetto alla LDOS Sul massimo di E

  15. Effetto Purcell In cavità Nel vuoto Fattore di Purcell Confronto

  16. Emittitore a semiconduttore Quantum Dots

  17. Density of states Atomic-like spectrum

  18. QDs Barrier material (GaAs,AlGaAs)‏ QD material (InAs,GaAs)‏ • QDs have atomic-like DOS, • but with nearly 105 -106 unit cells in the crystalline clusters • and embedded in semiconductor environment (devices)

  19. Crescita epitassiale 3 tipi di epitassia Stransky-Krastanov Frank-Van Der Merwe Volmer-Weber

  20. Quantum dots SK AFM TEM

  21. Quantum dots Colloidali

  22. p s d d=10 nm V=1000 nm3 N=64000 atomi

  23. Traditional devices High density QDs

  24. Development of growth Control of the areal density

  25. Spectroscopy of single QDs

  26. SK-QD in MC (il PhC è costruito dopo) QD layer QD

  27. Colloidal QD in MC (il PhC è costruito prima) Local Source: colloidal PbS QDs suspended in Toluene Ø 500 nm

  28. Applicazioni QDs in MC: Optoelettronica Laser senza soglia

  29. Laser Sotto soglia domina emissione spontanea (perdite) Sopra soglia domina emissione stimolata

  30. Soglia dei laser gain soglia saturazione Alla soglia la probabilità di emissione stimolata eguaglia la probabilità di emissione spontanea:

  31. Soglia dei laser Al crescere di b (qualità della cavità) la soglia si abbassa b=10-3

  32. Soglia dei laser Al crescere di b (qualità della cavità) la soglia si abbassa Per b=1 Thresholdless Laser

  33. Cavità ideale Modo di cavità 0 modi Emissione spontanea può avvenire solo nel modo di cavità (b=1)

  34. Cavità reale Modo di cavità leaky modes Emissione spontanea può avvenire anche nei leaky modes, (b<1)

  35. In microcavità l’emissione spontanea avviene nel modo di cavità (modo laser) che è l’unico presente

  36. Thresholdless Laser

  37. Thresholdless Laser ma transizione da emissione spontanea a emissione stimolata Calculated gain (A) and light output (B) versus input power for microcavities on logarithmic scales. b is the fraction of spontaneous emission coupled into the cavity mode.

  38. Thresholdless Laser ma transizione da emissione spontanea a emissione stimolata Emissione spontanea Emissione stimolata Calculated gain (A) and light output (B) versus input power for microcavities on logarithmic scales. b is the fraction of spontaneous emission coupled into the cavity mode.

  39. Thresholdless Laser differenze fra emissione spontanea a emissione stimolata Emissione spontanea Emissione stimolata

  40. Thresholdless Laser differenze fra emissione spontanea a emissione stimolata Emissione spontanea Emissione spontanea e’ monocromatica, direzionale, ma incoerente Emissione stimolata

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