Dissertations / Theses: 'Polariton laser'

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Li, Feng. "Fabrication et caractérisation des microcavités à base de ZnO en régime de couplage fort : laser à polaritons." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00944656.

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Abstract:

Les polaritons de cavité sont des quasi-particules, partiellement matière-t partiellement lumière, crées lors du couplage fort d'un exciton et d'un photon de cavité. A une certaine température et densité de particules, les polaritons de cavité peuvent subir une transition de phase de type quasi-Bose-Einstein et condenser dans l'état de plus basse énergie du système; dans ces conditions, la cavité émet de la lumière cohérente et le dispositif associé est appelé laser à polaritons. ZnO est l'un des matériaux les plus adaptés pour la fabrication des lasers à polaritons fonctionnant à température ambiante, en raison de ses excellentes propriétés excitoniques. Cependant, des difficultés techniques ont empêché la réalisation de microcavités à base de ZnO pendant longtemps. Dans cette thèse nous présentons la fabrication de microcavités à base de ZnO par deux approches différentes, ce qui a permis de surmonter les difficultés technologiques existantes et ont permis d'obtenir des figures de mérite avec des valeurs records (pour le facteur de qualité ainsi que pour l'éclatement de de Rabi). Des lasers à polaritons fonctionnant à température ambiante ont été démontré dans les deux cas. Dans la microcavité entièrement hybride, des condensats de polaritons ont été étudiés dans une gamme de désaccord exciton-photon sans précédents, et de basse température à température ambiante; ceci a permis d'obtenir, pour la première fois, un diagramme de phases complet. Cette thèse ouvre la voie à une polaritonique appliquée fonctionnant à température ambiante.

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Pisanello, Ferruccio. "Single photon sources based on colloidal nanocrystals and two photon polariton laser." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066675.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l’étude de plusieurs types de systèmes confinés pour les électrons et/ou les photons. En particulier : (i) un nouveau type de nanocristaux semi- conducteurs est étudié pour obtenir une source efficace de photons uniques à température ambiante dans le domaine spectral du visible ; (ii) leur couplage avec des cavités à cristaux photoniques en nitrure de silicium est obtenu par plusieurs techniques de déposition. (iii) Enfin, le développement d’une technique d’excitation à deux photons pour les polaritons dans les microcavité semiconductrices est décrit dans la dernière partie du travail de thèse

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Cristofolini, Peter. "Optical control of polariton condensation and dipolaritons in coupled quantum wells." Thesis, University of Cambridge, 2015. https://www.repository.cam.ac.uk/handle/1810/247219.

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Abstract:

Polaritons are lightweight bosonic quasiparticles that result from the strong coupling of light with an exciton transition inside a microcavity. A sufficiently dense cloud of polaritons condenses into a polariton condensate, a state of matter showing macroscopic coherence and superfluid properties, whose dynamics are influenced by the cycle of constant pumping and decay of polaritons. This thesis begins with an introduction on the particle and wave properties of the polariton condensate, followed by a theoretical description of two-dimensional Bose-Einstein condensation (BEC) and a section on simulation of polariton condensates. The optical setup and the microcavity sample are presented thereafter, including holographic laser shaping with a spatial light modulator (SLM), which allows exciting the microcavity with arbitrarily shaped pump geometries. Experimental results comprise optical control of polariton condensates, and dipolaritons. First, optical blueshift trapping and energy synchronisation (phase locking) of condensates are introduced. The transition from phase-locked condensates to an optically trapped condensate is investigated for a configuration of N pump spots arranged on a circle of varying diameter. Differences between these two condensate types are highlighted in the discussion section. Next, two parallel pump laser lines with small separation are investigated, which create a one-dimensional waveguide with strong uniform gain. Optically guided polaritons are investigated in this configuration with respect to coherence, flow speed, temperature and chemical potential. Observations hint that coherence arises below the condensation threshold simply from the chosen geometry of the system. The final chapter is dedicated to dipolaritons (polaritons with a static dipole moment) which form when polaritons strongly couple to indirect excitons in coupled quantum wells. In this system quantum tunnelling of electrons can be controlled with bias voltage. This allows tuning the dipolariton properties optically and electrically, with exciting prospects for future experiments. A conclusion and outlook section rounds off this work.

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Pisanello, Ferruccio. "Sources de photons uniques à base de nanocristaux colloïdaux et laser à polariton excité à deux photons." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624532.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude de plusieurs types de Systèmes confinés pour les électrons et/ou les photons. En particulier : (i) un nouveau type de nanocristaux semi- conducteurs est étudié pour obtenir une source efficace de photons uniques à température ambiante dans le domaine spectral du visible ; (ii) leur couplage avec des cavités à cristaux photoniques en nitrure de silicium est obtenu par plusieurs techniques de déposition. (iii) Enfin, le développement d'une technique d'excitation à deux photons pour les polaritons dans les microcavité semiconductrices est décrit dans la dernière partie du travail de thèse. La première partie du manuscrit étudie les propriétés d'émission d'un type particulier de nanocristaux semiconducteurs, appelé dots-in-rod, dans lesquels un cœur de séléniure de cadmium (CdSe) est entouré par une coquille en sulfure de cadmium (CdS) de forme allongée. Depuis les année 2000, il est bien connu que les nanocristaux semiconducteurs sont des sources de photons uniques à température ambiante. Cependant, les applications des nanocristaux sont affectées entre autre par deux caractéristiques de leur photoluminescence: le scintillement et l'émission non polarisée. Nous avons montré qu'il est possible de modifier l'émission des dots-in-rod en agissant sur leurs paramètres géométriques, c'est-à-dire le diamètre du cœur ainsi que l'épaisseur et la longueur de la coquille, aboutissant à la suppression du scintillement et à un degré élevé de polarisation linéaire des photons émis. Dans la deuxième partie, la thèse démontre la réalisation des cavités à cristaux photoniques en nitrure de silicium (Si3N4) pour le domaine spectral du visible. Le couplage de ces cavités avec des dot-in-rods a été étudié en régime de couplage faible et nous avons obtenu une modification de l'émission spontanée par effet Purcell. La possibilité d'obtenir le régime de couplage fort dans ce système est aussi discutée du point de vue théorique. Dans la dernière partie du manuscrit nous avons étudié des systèmes semiconducteurs tels que les microcavités et le micropiliers dans lesquels le régime de couplage fort exciton-photon donne naissance aux polaritons. Dans le cas de polaritons confinés, les interactions répulsives entre polaritons peuvent porter à un régime appelé polariton quantum blockade, dans le quel un seul polariton peut être excité dans la structure, ce régime est très prometteur pour la réalisation de sources à photons uniques basées sur les polaritons en cavité. Dans ce travail, nous développons une technique original et flexible basée sur une excitation résonante à deux photons pour attendre le polariton quantum blockade. Enfin, un nouveau régime d'émission appelé two-photon polariton laser est étudié toujours à la technique d'excitation résonante à deux photons.

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Höfner, Michael. "Lasing and strong coupling in inorganic and organic photonic structures." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2016. http://dx.doi.org/10.18452/17519.

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Abstract:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der starken Kopplung und Laseremission in Strukturen, die ZnO, ZnCdO oder organische Moleküle als aktives Material enthalten. Die ZnCdO basierten Vielfachquantengräben erreichen ihre Laserschwelle durch optische Ruckkopplung an streuenden Luftlöchern. Diese Emitter nennt man random laser. Die Dynamik ihrer Emission unter quasi-stationären Bedingungen ist der hier gezeigte Fokus. Hoch reproduzierbare Anregungen werden verwendet um sowohl die Dynamik eines einzelnen Beschusses aber auch die Unterschiede verschiedener Anregungen zu untersuchen. Die experimentellen Daten werden durch numerische Simulation qualitativ reproduziert und mit Methoden der Netzwerktheorie interpretiert. Die verbreitetere optische Rückkopplung durch einen Resonator wird in der Untersuchung des Moleküls L4P und seiner Spiro-derivate benutzt. Zwei identische Braggspiegel umschließen die aktive Schicht aus L4P-SP2, das in eine Polymermatrix eingebettet ist, eine Dicke von 12 Mikrometer hat und in einer einzelnen Mode lasert (schwache Kopplung). Durch Verringerung der aktiven Schicht auf die Hälfte der Resonanzwellenlänge wird das System in den Bereich der starken Kopplung gebracht. Eine Rabi-Aufspaltung von 90 meV wird zu beiden vibronischen Resonanzen beobachtet. Die energetische Position in Resonanz zu ZnO macht dieses Molekül zu einem guten Kandidaten für die Fertigung einer hybriden Mikrokavität im Bereich der starken Kopplung. Dies wurde in einer teilweise epitaktisch gewachsenen Mikrokavität angewandt, die aus einem ZnMgO basierten Braggspiegel und sechs Quantengräben besteht. Darauf folgt eine aufgeschleuderte Schicht von L4P in der Polymermatrix. Der Resonator wird mit einem dielektrischen Spiegel fertiggestellt. Tieftemperatur Reflektion zeigt eine deutlichen ausweichen und eine gleichverteilte Mischung der drei Resonanz im mittleren Polaritonzweig.
This thesis presents the investigation of strong coupling and lasing in structures using ZnO, ZnCdO or organic molecules as active material. The ZnCdO based multi quantum well structures reach the lasing threshold by using scattering at air holes as the optical feedback. Such emitters are called random lasers. The dynamics of their emission under quasi-stationary condition is the point of interest presented. Highly reproducible excitations are used to investigate the single shot dynamics and their shot to shot differences. The experimental data is qualitatively reproduced by numerical simulation and interpreted by means of network theory. The more common optical feedback by a cavity is applied in the investigation of the molecule L4P and its spiro-derivatives. Using two identical SiO2/ZrO2 based Bragg reflectors surrounding an active layer of L4P-SP2 in a polymer matrix of approximately 12 microns thickness reached single mode lasing (weak coupling). Reducing the active layer thickness to half the resonance wavelength pushes the system into the strong coupling regime. Angular resolved reflectivity shows the anticrossing of the tuned cavity resonance to two vibronic transitions of the molecule. The Rabi-splitting to both vibronic resonances reaches around 90 meV. The energetic position in resonance to ZnO makes this molecule a promising candidate for a hybrid inorganic/organic microcavity in the strong coupling regime. This is used in a partially epitaxially grown microcavity composed of a ZnMgO based Bragg reflector (alternating layers of different Mg content) and six quantum wells. This is followed by a spincoated layer of L4P in a polymer matrix. The cavity is finished by a dielectric mirror. Low temperature reflectivity shows a clear anticrossing reaching an equal mixing of all resonances for the middle branch.

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Faure, Stéphane. "Interaction lumière-matière dans les microcavités massives à base de ZnO : du couplage fort à température ambiante vers le laser à polariton." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00583517.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée au couplage fort exciton-photon à température ambiante dans les microcavités massives à base de ZnO élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrat Si(111). Une étude théorique préliminaire montre que le continuum d'absorption des résonances excitoniques est responsable du fort amortissement observé sur la branche haute de polaritons, sans toutefois affecter la branche basse de polaritons. Le couplage fort à température ambiante du mode de cavité ainsi que des modes de Bragg de la microcavité a ensuite été démontré par spectroscopie résolue en angle. De plus, nous observons la présence d'un goulot d'étranglement (bottleneck) sur le mode de Bragg de polaritons. Ce dernier peut être supprimé en faisant varier la densité d'excitons ou la température. Nous comparons nos résultats expérimentaux aux prévisions théoriques faites en vue de l'obtention d'un régime laser à polaritons.

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Jamadi, Omar. "Spectroscopie de condensats polaritoniques dans des microcavités et guides d’onde à base de GaN et ZnO." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC031/document.

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Abstract:

Ce manuscrit de thèse est consacré aux condensats de polaritons dans deux semi-conducteurs à grand gap : GaN et ZnO. La première partie de ce travail se concentre sur l’étude par spectroscopie optique de deux microcavités planaires (une de GaN, l’autre de ZnO) présentant des structures et des propriétés photoniques identiques. Le régime de couplage fort lumière-matière et l’effet laser à polaritons ont pu être observés de 5 K à 300 K pour les deux microcavités. La réalisation de diagrammes de phase a mis en évidence l’impact variable des résonances avec les phonons LO sur l’abaissement du seuil laser. L’étude de la microcavité GaN a été poussée jusqu’à 350 K et nous avons pu démontrer, pour la première fois à cette température, la persistance du couplage fort et du laser à polaritons pour des conditions d’excitations optimales. La deuxième partie de ce travail est focalisée sur des guides d’onde de ZnO. Outre l’observation du régime de couplage fort de 5 K à 300 K, notre étude a pu mettre en exergue un phénomène laser inédit dans cette géométrie : le laser à polaritons horizontal
This manuscript is devoted to polariton condensates in two wide band gap semiconductors: GaN and ZnO. The first part of this work focuses on the study by optical spectroscopy of two planar microcavities (one of GaN, the other of ZnO) sharing the same structure and the same photonic properties. The strong coupling and polariton lasing regime have been observed from 5 K to 300 K in both microcavities. The realization of phase diagrams has pointed out the inconstant impact of resonances with LO phonons on the lowering of the laser threshold. The study of the GaN microcavity has been pushed to 350 K and we have demonstrated, for the first time at this temperature, the persistence of the strong coupling regime and the polariton laser under optimal excitation conditions. The second part of this work is focused on ZnO waveguides. Besides the observation of strong coupling regime from 5 K to 300 K, our study has highlighted a new lasing effect in this geometry: the horizontal polariton laser

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Mallet, Emilien. "Etude des propriétés polaritoniques de ZnO et GaN. Application à l'étude de l'effet laser à polaritons dans une microcavité." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2014. http://www.theses.fr/2014CLF22482/document.

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Abstract:

Ce manuscrit est consacré à la physique des polaritons dans deux matériaux semiconducteurs à grand gap : ZnO et GaN. Les paramètres polaritoniques de ces matériaux ont été déterminés avec précision grâce à une étude combinant différentes techniques spectroscopiques linéaires et non-linéaires (réflectivité continue, autocorrélation, photoluminescence et mélange à quatre ondes dégénérées). L’interprétation de ces résultats conduit à une meilleure compréhension des processus d’interaction au sein du semiconducteur : le rôle important des interactions polariton-phonon LO dans l’élargissement polaritonique a notamment pu être mis en évidence. Ce travail effectué sur des échantillons massifs est indispensable pour mener au mieux l’étude de l’effet laser à polaritons dans des microcavités présentée dans la seconde partie de ce manuscrit. Pour cette étude, deux microcavités massives semblables, une à base de ZnO l’autre de GaN, ont été réalisées. Les qualités photoniques de ces structures sont à l’état de l’art : elles présentent un bon facteur de qualité (Q ≈ 1000) et un faible désordre photonique. Le régime de couplage fort ainsi que l’effet laser à polaritons sont observés jusqu'à température ambiante. Enfin, l’établissement de diagrammes de phases permet de mettre en exergue le rôle important des phonons LO dans l’abaissement du seuil laser
This manuscript is devoted to the physics of polaritons in two wide band gap semiconductor : ZnO and GaN. The polaritonic parameters of these materials have been accurately determined through a study which combines linear and non-linear spectroscopies (continuous reflectivity, autocorrelation, photoluminescence and degenerate four-wave mixing). The interpretation of these results lead to a better understanding of the interaction processes in the semiconductor : the important role played by the polariton-LO phonon interactions in the polaritonic damping is highlighted and particularly for ZnO. This preliminary work on bulk samples is essential for a suitable study of polariton lasing in microcavities like it is presented in the second part of this manuscript. For this study, two similar microcavities, one based on ZnO and another on GaN. The photonic properties of these structures are at the state of the art : they have a good quality factor (Q ≈ 1,000) and have a low photon disorder. The strong coupling regime and the polariton lasing are observed to room temperature. Finally, the establishment of phase diagrams allows to highlight the important role of LO phonons in reduction of the laser threshold

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Brückner, R., V. G. Lyssenko, S. Hofmann, and K. Leo. "Lasing of Tamm states in highly efficient organic devices based on small-molecule organic semiconductors." Royal Society of Chemistry, 2014. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A36129.

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Abstract:

We discuss approaches to increase the light outcoupling efficiency in organic microcavity (MC) lasers and organic light-emitting diodes (OLEDs). We find that the introduction of metals into the cavities leads to additional Tamm-plasmon polariton modes, while the corrugation of metal contacts, such as perforated m-size holes or a periodic array of metal stripes, leads to 2D confinement of the cavity modes, which in turn reduces the lasing threshold in MCs. Furthermore, we elucidate light loss mechanisms in OLEDs and reveal how external dielectric layers and periodic gratings can be used to enhance outcoupling from the OLED cavity.

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Médard, François-Régis. "Conception et spectroscopie de microcavités à base de ZnO en régime de couplage fort pour l'obtention d'un laser à polaritons." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00557136.

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Abstract:

Ce manuscrit de thèse est une contribution à l'étude du couplage fort lumière-matière dans les microcavités planaires à base d'oxyde de zinc. Nous avons déterminé les propriétés de l'interaction entre excitons et photons au travers de mesures résolues en angle pour des hétéro-structures réalisées par épitaxie par jets moléculaires (EJM) sur silicium. Il a ainsi été possible de démontrer le régime de couplage fort aussi bien aux températures de l'hélium liquide qu'à température ambiante. Un important travail de conception des cavités et de modélisation de leur réponse optique a été effectué dans le but d'obtenir une émission cohérente de lumière basée sur la condensation des polaritons tel que prédit par les travaux théoriques. Les récentes mesures pour une cavité optimisée conduisent à un facteur de qualité voisin de 500 et à une énergie de Rabi très élevée (120 meV).

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Orosz, Laurent. "Etude des microcavités planaires ZnO dans le régime de coupage fort." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2013. http://www.theses.fr/2013CLF22412/document.

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Abstract:

Ce manuscrit présente une étude expérimentale par spectroscopie optique de l'interaction lumière-matière dans des microcavités à base d'oxyde de zinc. Nous avons étudié plusieurs types de cavités planaires qui se démarquent des structures déjà existantes autant par leurs structures que par leurs procédés d'épitaxie. Les avantages théoriques qui ont motivé la réalisation, sont discutés puis vériés par des mesures expérimentales de réectivité et de photoluminescence en fonction de la température et de l'intensité d'excitation. Grâce aux caractéristiques optiques de ces nouvelles microcavités nous avons pu étudier l'émission cohérente de lumière basée sur la condensation des polaritons à haute température jusqu'à 300K.Des facteurs de qualité importants ainsi que des énergies de Rabi élevées permettent de mener une étude approfondie sur le lien qui existe entre la fraction photonique des polaritons et la valeur du seuil d'injection optique correspondant à l'eet laser à polaritons. Ce travailde recherche met en exergue les deux processus physiques identiés conduisant à l'eet laser à polaritons : le régime thermodynamique et le régime cinétique. De plus, l'inuence des interactions exciton-phonon est particulièrement soulignée comme un processus permettant de diminuer le seuil de condensation
This thesis reports a spectroscopic study of the light-matter interaction in ZnO based microcavities.We have examined several planar microcavities which dier from the previous ones through their structures and their epitaxial processes. The theoretical advantages that have driven these realizations are discussed and veried through experimental measurements of reectivity and photoluminescence as a function of temperature and excitation intensity. Thanks to the optical characterics of these new cavities, we have studied the coherent light emission based on the condensation of polaritons at high temperature, up to 300K. High optical quality factor and high Rabi splitting allow to deeply analyze the relationship which exists between the photonic fraction of polaritons and the threshold excitation value corresponding to the occurrence of the polariton laser eect. This work highlights two identied physical processes which contribute to the laser eect : the thermodynamic and kinetic regimes. Moreover, it appears that the exciton-phonon interaction constitutes a specic phenomenon which allows to reduce the polariton laser threshold

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Franke, Helena. "PLD-grown ZnO-based Microcavities for Bose–Einstein Condensation of Exciton-Polaritons." Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Leipzig, 2012. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:15-qucosa-98174.

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Abstract:

Die vorliegende Arbeit behandelt die Herstellung und optische Untersuchung von Halbleiterheterostrukturen, genauer Mikrokavitäten, in denen ein Bose–Einstein Kondensat (BEK) von sogenannten Exziton-Polaritonen im Festkörper erzeugt und beobachtet werden soll. Diese Strukturen bestehen aus zwei hochreflektierenden Braggspiegeln (BS) und einer ZnO-Kavität als aktivem Material. Zunächst wurde die Abscheidung der BS hinsichtlich genauer Schichtdickenkontrolle und Reproduzierbarkeit verbessert. Um Kavitätsschichten hinreichender Qualität herzustellen, wurden mehrere Ansätze zur Optimierung dieser planaren Schichtabscheidung mittels gepulster Laserdeposition verfolgt. Dabei kamen Techniken, wie das Ausheizen der Proben oder deren Glättung durch Ionenstrahlbeschuß zum Einsatz, um die elektronischen Eigenschaften bzw. die Oberflächen der Kavitätsschichten erheblich zu verbessern. Desweiteren wurde erfolgreich ein Verfahren entwickelt, freistehende, nahezu einkristalline ZnO-Nanodrähte mit Braggspiegeln zu ummanteln. Alle hergestellten Strukturen wurden in ihren strukturellen Eigenschaften, speziell hinsichtlich ihrer Rauhigkeit und Kristallinität, verglichen und mittels orts- und/oder winkelaufgelöster Photolumineszenzspektroskopie sowie Reflexionsmessungen bezüglich ihrer optischen Eigenschaften untersucht. Dabei konnte in fast allen Proben die starke Kopplung, welche die Grundlage für ein BEK darstellt, gezeigt werden. Hinweise für eine höhere Kopplungsstärke in den Nanodraht-basierten Mikrokavitäten wurden gefunden. Der Nachweis von BEK bis nahe Raumtemperatur gelang an der vielversprechendsten planaren Probe, die einen Qualitätsfaktor von ca. 1000 aufweist. Die Eigenschaften des BEK wurden für verschiedene Temperaturen und Detunings untersucht. Es hat sich gezeigt, daß ein negatives Detuning unerläßlich für die Bildung eines BEK in ZnO-basierten Mikrokavitäten ist. Die Impulsraumverteilung der Kondensat-Polaritonen läßt auf ausgeprägte dynamische Eigenschaften dieser Teilchen bei tiefen Temperaturen schließen
The present work covers the fabrication and optical investigation of semiconductor microcavities for Bose–Einstein condensation (BEC) of exciton-polaritons. These microcavities consist of highly reflective distributed Bragg reflectors (DBR) surrounding a ZnO-cavity as active medium. In the first step, the growth of DBRs was optimised with respect to exact thickness control and high reproducibility. For the active material, several growth strategies have been pursued, in order to optimise the conditions for the growth of planar thin films by pulsed laser deposition. Techniques like annealing or ion beam smoothing were successfuly applied in order to either improve the electronic properties or decrease the roughness of the ZnO-cavity layer. Furthermmore, a successful technology was developed in order to coat highly-crstalline free-standing ZnO nanowires with concentrical DBR shells. All samples have been investigated regarding their roughness and crystallinity as well as their optical properties. For the latter spatially and/or angular-resolved photoluminescence spectroscopy and reflection measurements have been carried out. Thereby, the strong coupling regime – being prerequisite for BEC – could be demonstrated in almost all of the synthesized structures. For the nanowire-based microcavities hints for an enhanced coupling strength have been found. In one of the planar samples, showing the high quality factor of 1000, the formation of BEC almost up to room temperature was observed and was studied as a function of temperature and detuning. Negative detuning was found to be mandatory for the formation of a BEC in ZnO-based microcavities. The distinct momentum- respective in-plane wavevector distribution of the condensate polaritons revealed a strong dynamic character of these particles at low temperatures

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Albert, Olivier. "Variations d'indice non linéaire en régime femtoseconde : effets directs et effets en cascade." Phd thesis, Paris 11, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011667.

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Abstract:

Cette thèse présente des applications de l'optique non linéaire à la génération de fréquence et à la caractérisation temporelle de phénomènes de phase non linéaire. Elle comporte :

- la réalisation d'un amplificateur paramétrique optique femtoseconde permettant de disposer de longueurs d'onde dans l'infrarouge proche.

- un système expérimental de mesure de phase permettant de mesurer l'évolution temporelle de phases non linéaires.

- des mesures de fréquences de phonons optique dans des cristaux pérovskites. La détermination théorique et expérimentale du vecteur d'onde associé au phonon a permis de séparer deux processus expérimentaux différents.

- la mesure de la dynamique temporelle du déphasage induit par une cascade de non linéarités du second ordre lors de la génération de fréquence somme. Les résultats ont montré que le déphasage n'est pas assimilable à un phénomène instantané et que le décalage temporel de fréquence associé est non linéaire.

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Grant, Richard Theodore. "New frontiers in organic polariton devices : fluorescent molecules, polariton lasers, and biological systems." Thesis, University of Sheffield, 2016. http://etheses.whiterose.ac.uk/16819/.

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Abstract:

This thesis concerns the manufacture and study of strongly-coupled microcavities containing a series of different organic and biological semiconductors. It contains a simple fitting model developed to describe changes to polariton population distribution observed in microcavities containing a fluorescent molecular dye. Changes are described in terms of direct radiative pumping of polariton states by weakly-coupled states coexisting within the cavity. It also describes the careful selection and characterisation of a series of molecular dyes to evaluate their likelihood of first entering the strong coupling regime and secondly producing coherent emission. The construction of a polariton laser containing one of these dyes is shown. Finally by placing a component of light-harvesting complexes (chlorosomes) harvested from bacteria within a planar microcavity, this work details the first demonstration of strong-coupling in a biological system. Further efforts to modify energy transfer in biological systems (carotenoids) by entering the strong coupling regime are discussed in detail.

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Bouteyre, Paul. "Lasers à pérovskites hybrides halogénées en microcavité." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLN069/document.

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Abstract:

Depuis 2012, les pérovskites hybrides halogénées de type CH3NH3PbX3 (X = I, Br ou Cl) sont apparues comme très prometteuses non seulement dans le domaine du photovoltaïque mais aussi pour les dispositifs émetteurs de lumière comme les diodes électroluminescentes et les lasers. L'un des avantages cruciaux de ces matériaux semiconducteurs est leur méthode de déposition à basse température et en solution. Le réglage de la longueur d'onde d'émission des pérovskites dans tout le spectre visible par de simples substitutions chimiques dans la partie halogénée est un autre atout. En particulier, les pérovskites halogénées montrent une grande efficacité de luminescence dans le vert et pourraient répondre au problème du "green gap" dans les sources laser (le "green gap" fait référence à la baisse d'efficacité des diodes électroluminescente et diodes laser à semi-conducteurs émettant dans le vert).Le travail de doctorat mené ici a porté sur la réalisation d’un laser pompé optiquement à base de la pérovskite hybride CH3NH3PbBr3 émettant dans le vert. La structure réalisée consiste en une microcavité verticale à base d’une couche mince de 100 nanomètres de CH3NH3PbBr3 déposé par "spin-coating" (dépôt par enduction centrifuge), insérée entre un miroir diélectrique et un miroir métallique. Nous avons démontré, à température ambiante, le régime de couplage fort entre le mode photonique de la microcavité et l'exciton de la pérovskite. Ce régime de couplage fort conduit à la création de quasi-particules appelées les exciton-polaritons, qui sont une superposition cohérente d’états photonique et excitonique. En augmentant la puissance injectée optiquement, nous avons obtenu un effet laser dans cette microcavité. L’étude des propriétés d’émission de ce laser met en évidence que nous avons réalisé un laser aléatoire, émettant dans le vert, filtré directionnellement par la courbe de dispersion du polariton de basse énergie. Ce filtrage par la courbe de dispersion du polariton permet le contrôle de la directionnalité de l’émission laser sur une grande gamme d’angles : des angles aussi grands que 22° ont été obtenus expérimentalement
Since 2012, the hybrid halide perovskites of CH3NH3PbX3 (X = I, Br or Cl) type have emerged as very promising not only in the field of photovoltaics but also for light-emitting devices such as light-emitting diodes and lasers. One of the crucial advantages of these semiconductor materials is their low temperature and solution deposition method. The tuning of the perovskites emission wavelength throughout the visible spectrum by simple chemistry substitutions in the halogenated part is another asset. In particular, the halide perovskites show a high luminescence efficiency in the green and could address the "green gap" problem in laser sources (the "green gap" refers to the drop in efficiency of light-emitting diodes and laser diodes emitting in the green).The thesis work carried out here is focused on the development of an optically pumped laser based on the hybrid halide perovskite CH3NH3PbBr3 emitting in the green. The structure consists of a vertical microcavity based on a 100-nanometre thin film of CH3NH3PbBr3 deposited by spin-coating, inserted between a dielectric mirror and a metal mirror. We have demonstrated, at room temperature, the strong coupling regime between the microcavity photonic mode and the exciton of the perovskite. This strong coupling regime leads to the creation of quasi-particles called exciton-polaritons, which are a coherent superposition of photonic and excitonic states. By increasing the optically injected power, we obtained a laser effect in this microcavity. The study of the emission properties of this laser shows that we have produced a random laser, emitting in the green, filtered directionally by the dispersion curve of the lower polariton. This filtering by the polariton dispersion curve allows the directionality of the laser emission to be controlled over a wide range of angles: angles as large as 22° were obtained experimentally

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Leménager, Godefroy. "Étude de nanostructures semiconductrices pour la photonique quantique : Polaritons de microcavité sous excitation à deux photons et sources de photons uniques avec des nanocristaux colloïdaux." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00818662.

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Abstract:

Mon travail de thèse a porté sur l'étude du confi nement des photons et des électrons dans plusieurs systèmes. Tout d'abord, j'ai étudié un nouveau type de nanocristaux semiconducteurs pour obtenir -à température ambiante- une source e fficace de photons uniques polarisés. Ensuite, j'ai développé une technique d'excitation à deux photons pour des polaritons de microcavités semiconductrices. Ces nanocristaux semiconducteurs présentent la particularité d'avoir une coquille semiconductrice allongée en sulfure de cadmium (CdS) autour d'un coeur sphérique en séléniure de cadmium (CdSe). Depuis plus de dix ans, les nanocristaux semiconducteurs sont connus pour être des émetteurs efi caces de photons uniques à température ambiante. Leur photoluminescence sou rait de deux défauts : le clignotement, qui est une alternance entre des états allumés et éteints, ainsi qu'une très faible polarisation de leur émission. Lors de mon étude, en agissant sur les paramètres géométriques des nanocristaux (diamètre du c÷ur et longueur de la coquille) j'ai obtenu l'émission de photons uniques fortement polarisés (taux de polarisation linéaire supérieur à 80%) et montré le lien entre la polarisation et le rapport d'aspect des nanocristaux. De plus, en ajustant fi nement l'épaisseur de la coquille, j'ai démontré la possibilité de supprimer drastiquement le clignotement, tout en gardant une source de photons uniques de très haute qualité (g(2) < 0:2). Dans la deuxième partie de mon travail de thèse, je me suis intéressé au couplage fort lumière-matière dans des microcavités et micropiliers semiconducteurs. J'ai développé et caractérisé un nouveau type d'excitation pour les polaritons basé sur une absorption à deux photons. Dans le cas des micropiliers, où les polaritons sont con nés dans un système 0D, nous avons démontré un e et laser sous pompage à deux photons. La relaxation du système et les interactions entre polaritons sont comparées sous différentes géométries d'excitation.

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Adrados, Claire. "Polaritons en microcavité semi-conductrice : dynamique de fluide quantique, effets de spin et mesures de bruit en régime d'oscillation paramétrique." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00789192.

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Abstract:

Ce travail est consacré à l'étude des propriétés des polaritons, particules mi-lumière mi-matière, en microcavité semi-conductrice. Leur caractère bosonique autorise l'accès à des régimes de cohérence macroscopique tels la condensation de Bose-Einstein et la superfl uidité que nous avons démontrée expérimentalement. Nous avons également développé une technique permettant de modifier optiquement l'environnement polaritonique par création de défauts arti ficiels, ce qui facilite l'obtention de comportements particuliers du fluide polaritonique comme la turbulence. Les fortes interactions dépendantes du spin entre ces particules, alliées à des vitesses de propagation très élevées du fait de leur composante photonique, nous ont permis de réaliser un interrupteur performant contrôlé optiquement, codé en polarisation et en intensité. Nous avons également réussi à manipuler la distribution spatiale en spin d'un faisceau de polaritons, et notamment à confi ner des états de spin pur sur des zones de quelques microns. Le phénomène de bistabilité présent dans le système nous a amené à reconsidérer le signe de la constante d'interaction entre polaritons de spin opposés. En fin, en régime d'oscillation paramétrique par mélange à quatre ondes, nous avons poursuivi l'étude de génération de photons jumeaux grâce à des mesures de corrélations et des analyses en bruit de la distribution modale transverse, dans diff érents types de cavités planaires puis dans des micropiliers (0D).

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Chapet-Rousseau, Mireille. "Etude des modes de vibration actifs en effet Raman et en infra-rouge, dans différents échantillons de quartz naturel ou synthétique." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112286.

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Abstract:

Ce mémoire est consacré à la comparaison des caractéristiques des modes de vibration de différents types d'échantillons de quartz. La technique expérimentale utilisée est de type hétérodyne; elle dérive de l'effet Raman stimulé et nécessite deux faisceaux lumineux cohérents, de puissances comparables, dont l'un, au moins, est de fréquence variable. Différents lasers et les systèmes de détection correspondants ont été mis au point pour cette étude. D'un point de vue théorique, l'interaction stimulée des deux faisceaux a été modélise aussi bien pour des échantillons massifs qu'en lames minces; ceci suppose une revue préalable des modes de vibration d'un cristal, couplés ou non à une onde électromagnétique, pour des cristaux isotropes ou uniaxes. Les résultats expérimentaux font apparaître des écarts de propriétés entre cristaux d'origines différentes; ils mettent en évidence l'influence des contraintes sur les modes de vibration que l'on peut exciter dans une lame mince
In this work, vibration mode parameters are compared for different samples of quartz. The experimental method, derived from stimulated Raman effect, needs two coherent light beams, one of which is frequency tunable. So, several lasers and the corresponding data acquisition and processing systems have been tested. From a theoretical point of view, vibration modes of a cristal have been reviewed in isotropic crystals or anisotropic ones as well, for bulk samples or slabs; coupling with an electromagnetic wave have been taken into account when necessary. The stimulated interaction between the two incident light beams have been calculated. The experimental results make evident the variations of vibration mode parameters from one sample to another; they point out the perturbations induced by mechanical stresses, in the vibration modes which are excited in a crystalline slab

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Jouy, Pierre. "Dispositifs quantiques en régime de couplage ultra-fort lumière-matière pour l'optoélectronique dans le moyen infrarouge." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00700819.

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Abstract:

Ce travail porte sur la réalisation de dispositifs quantiques fonctionnant en régime de couplage fort entre une excitation d'un gaz d'électrons dans un puits quantique semiconducteur et un mode de cavité dans le moyen infra- rouge. Les quasi-particules issues de ce couplage lumière-matière sont appelées "polaritons intersousbande". La première partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude d'un dis- positif électroluminescent basé sur une structure à cascade quantique in- sérée dans une microcavité planaire. Par une analyse détaillée des spectres d'électroluminescence à différents voltages, je démontre que les états de po- laritons sont peuplés de façon résonante, à une énergie qui dépend du voltage appliqué à la structure. Les résultats expérimentaux sont analysés et in- terprétés à l'aide d'un modèle reliant les spectres d'électroluminescence aux propriétés de l'injecteur de la structure à cascade. Pour augmenter la sélectivité de l'injection et observer ainsi une exaltation de l'émission spontanée, un nouveau type de cavité est développé dans la sec- onde partie de ce travail. Il s'agit d'une cavité basée sur un confinement plas- monique, dans laquelle la lumière est confinée entre deux plans métalliques, dans une épaisseur très inférieure à la longueur d'onde. Le miroir supérieur est façonné en réseau. L'influence des différents paramètres du réseau est étudiée et deux régimes sont mis en évidence: un régime où le mode de cavité se couple à un mode de plasmon de surface et un régime où le mode de cavité ne présente pas de dispersion en énergie. En insérant des puits quantiques dopés dans une cavité de ce deuxième type, les régimes de couplage fort puis de couplage ultra-fort lumière-matière sont démontrés jusqu'à température ambiante. La valeur importante du dédoublement de Rabi et la forte densité d'états polaritoniques obtenues dans ce type de cavité en font un candidat très prometteur pour la réalisation de dispositifs électroluminescents infrarouges de grande efficacité radiative et fonctionnant sans inversion de population.

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Achlan, Moustafa. "Surface Plasmon Polariton and Wave Guide Modes in a Six Layer Thin Film Stack." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS109.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions les propriétés optiques d'un système multicouche (air-Au-SiO₂-Au-Ti-verre). Les interfaces sont planes et la modélisation est réalisée en utilisant les coefficients de Fresnel à l'interface et la propagation d'ondes planes dans les couches. Deux modèles sont utilisés où l'échantillon est : i) excité par une source à l'infini ; ii) excité par une source locale. Dans l'expérience que nous avons modélisée l'empilement est excité par les électrons tunnel inélastiques dans un microscope à effet tunnel (STM). Dans le modèle, le courant tunnel inélastique est remplacé par un dipôle oscillant vertical. En utilisant ces modèles, nous avons calculé les flux réfléchis (reflectance) et transmis (transmittance) d'une source de lumière à l'infini et le flux transmis de l'excitation locale. La reflectance, transmittance et le flux transmis montrent des modes plasmoniques (surface plasmon polaritons (SPP)) et photoniques (guide d'onde (WG)). A des longueurs d'onde particulières, les courbes de dispersion des SPP et WG présentent un croisement évité. Le choix des épaisseurs d'or et de silice a deux contraintes: une amplitude importante des observables et une large dépendance en longueurs d'onde du vecteur d'onde dans le plan. Nous étudions aussi l'influence des épaisseurs sur les observables. Nous avons trouvé que les observables ont des amplitudes importantes à pour une épaisseur d'or de [10, 90 nm] pour l'empilement de trois couches et de [10, 50 nm] pour celui de six couches. Les modes de guide d'onde apparaissent pour une épaisseur de la couche de silice de >190 nm. Afin de caractériser la localisation du champ dans l'empilement et déterminer la nature du mode, nous avons calculé le champ électrique en fonction de la coordonnée de pénétration z. Nous avons trouvé que pour le mode SPP le champ est localisé à l'interface Au-air, tandis que le champ électrique du guide d'onde est confiné dans la couche de silice. Les résultats théoriques présentés sont en bon accord avec les résultats des études expérimentales menées dans notre groupe
In this thesis, we investigate the optical properties of a six-layer stack (air-Au-SiO₂-Au-Ti-glass). The interfaces are flat and the modeling is performed using elementary Fresnel expressions at the interface and plane wave propagation in the layers. Two models are used where the sample is: i) excited by a source at infinity (excitation by source at infinity (ESI)); ii) excited by a local source. In the experiments we are modeling this source consists of the inelastic tunneling electrons from a scanning tunneling microscope (STM). In our modeling this source is replaced by a vertical oscillating dipole. Using these two models one calculates the reflected (reflectance) and the transmitted (transmittance) flux from a source at infinity and the transmitted flux of a local source. Surface plasmon polariton (SPP) and wave guide (WG) modes may be identified in the reflectance, transmittance and transmitted flux. In a particular wavelength domain the SPP and WG repel each other giving rise to an avoided crossing. The choice of the gold (Au) and silica (SiO₂) thicknesses of the six-layer stack is guided by two requirements: high amplitude of the observable and wide wavelength dependence of the in-plane wave vector. We also study the influence of the gold and silica thicknesses on the observables. We find that the observables are significant for dAu[10, 90 nm] for the three and dAu[10, 50 nm] for six layer stacks and this predictive study guided the choice of the experimental sample thicknesses. The wave guide mode appears for dSiO₂ >190 nm. The electric field as a function of the penetration coordinate z is calculated in order to characterize the location of the field in the stack and to assign the nature of the modes. We observe that for the SPP the electric field is confined at the Au-air interface whereas, the electric fields corresponding to the WG mode are confined inside SiO₂ layer. Our calculations presented in this work are in good agreement with the experimental measurements performed in our group

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Costantini, Daniele. "Generation and ampliﬁcation of surface plasmon polaritons at telecom wavelength with compact semiconductor-based devices." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112036/document.

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Abstract:

La plasmonique est un domaine de la nano-photonique qui étudie le comportement de la lumière à des échelles sub-longueurs d'ondes en présence de métaux. Les plasmons polaritons de surface (SPPs) sont des modes électromagnétiques qui se propagent à l'interface entre un diélectrique et un métal. Les SPPs trouvent des applications dans plusieurs domaines comme la communication et le traitement tout-optique du signal, la spectroscopie, la détection en biologie et en chimie. De nombreux composants plasmoniques (modulateurs, coupleurs, détecteurs ...) ont été démontrés ces dernières années. Cependant, leur l'intégration reste conditionnée par l'absence d'un générateur compact (pompage électrique, dimensions réduites) et par les grandes pertes ohmiques. Les techniques standards de génération de SPs nécessitent l'alignement d'un laser externe sur un prisme ou un réseau de diffraction afin d'adapter le vecteur d'onde incident avec celui du plasmon. L'approche que nous avons choisie est basée sur l'utilisation de lasers à semiconducteur ayant une polarisation transverse magnétique (TM) comme source d'excitation et de gain. Notre approche, permet d'obtenir des dispositifs compacts et facilement intégrables sur puce. Pendant ma thèse j'ai étudié expérimentalement et numériquement les performances d'un laser en fonction rapprochement du contact métallique à sa région active. La proximité du gain optique au métal est nécessaire pour la réalisation de dispositifs plasmoniques actifs. J'ai démontré la génération et l'amplification des plasmons de surface dans la bande télécom (λ=1.3µm), avec des dispositifs compacts, à base de semiconducteurs, fonctionnant par injection électrique et à température ambiante. Notamment, j'ai réalisé une architecture élégante, avec coupleur intégré, pour la génération de SPPs accessibles sur le sommet du dispositif. Un dispositif avec gaine superficielle ultrafine a permis de démontrer un mode hybride plasmonique avec une fraction consistante de champ électrique à l'interface métal/semiconducteur. Finalement, j'ai montrée que la structuration nanométrique du contact métallique réduit les pertes du mode laser. Les résultats sont renforcés par une nouvelle technique de imagerie de champ proche (SNOM) qui a permis de mesurer les SPPs à l'interface métal/or et à l'interface métal/ semiconducteur. Grâce aux mesures SNOM, il a aussi été possible de démontrer sans aucune ambiguïté l'effet de la structuration du métal sur le mode optique
The ﬁeld of plasmonics is experiencing a rapid development, due to the interest in studying the behavior of light at the nanometer scale. Key ingredients of plasmonics are the surface plasmons (SPs), electromagnetic modes localized at the interface between a metal and a dielectric. SPs rely on the interaction between electromagnetic radiation and conduction electrons at metallic interfaces or in "small" metallic nanostructures. The recent intense activity on plasmonics has been also enabled by state-of-the-art nano fabrication techniques and by high-sensitivity optical characterization techniques. These tools pave the way to promising applications (integration in electronics, chemical and biological detection...), which exploit the SP peculiarity of conﬁning optical ﬁelds over sub-wavelength mode volumes. The number of publications concerning plasmonics has been continuously increasing over the last twenty years giving rise to a dynamic research context. Several plasmonic devices have been demonstrated during the last years (modulators, couplers, detectors ...). However their integration is limited by the absence of a compact generator (electrical pumping, small dimensions) and by the huge ohmic losses. Standard techniques for surface plasmon polariton (SPP) generation need an external alignment with a laser source on a prism or on a grating. Our approach is based on semiconductor lasers sources with a transverse magnetic (TM) polarization. Therefore, it is possible to obtain compact semiconductor devices suitable for the on chip integration. During my thesis I studied experimentally and numerically the performance of a diode laser as a function of the metal distance from its active region. The proximity of the gain to the metal is necessary to realize active plasmonic devices. I demonstrated the generation and the amplification of SPP in the telecom range (λ=1.3µm) with compact semiconductor based devices, operating at room temperature and by electrical injection. I realized an elegant architecture with an integrated coupler grating for the SPP generation. The SPPs are directly accessible at the device surface. An ultra-thin cladding device allowed the demonstration of a hybrid plasmonic laser with a consistent fraction of electric field at the metal/semiconductor interface. Finally I demonstrated that the metal patterning allows a loss reduction, decreasing the laser threshold. The results are strengthened by a new near-field technique (NSOM) which permitted to measure the SPPs at the metal/air interface and at the metal/semiconductor interface. Thanks to the NSOM we showed unambiguously the effect of the metal patterning on the optical mode

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Strupiechonski, Élodie. "Confinement photonique extrêmement sub-longueur d'onde pour les lasers à cascade quantique térahertz." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00943200.

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Abstract:

Les deux grands défis actuels pour l'optoélectronique térahertz (THz) sont d'une part, le besoin de miniaturiser les sources de rayonnement térahertz, et d'autre part, la nécessité d'améliorer leurs performances actuelles. Parmi les sources de rayonnement térahertz existantes, le laser à cascade quantique (QCL) est à ce jour le meilleur candidat pour remplir ces critères. Afin d'y parvenir, il faut cependant apporter des solutions aux verrous qui limitent la miniaturisation des QCLs THz. Le premier est d'ordre fondamental, et tient au fait que les dimensions des cavités photoniques usuelles sont soumises à la limite de diffraction. Le second verrou provient du fait que la recherche de compacité des sources se traduit généralement par la détérioration de leur puissance optique de sortie et de la directionnalité du faisceau laser. Une nouvelle famille de résonateurs THz métal - semiconducteur - métal (M-SC-M) est présentée de façon théorique et expérimentale. Ces dispositifs, inspirés des oscillateurs électroniques LC, ont permis d'atteindre un volume effectif record Veff=LxLyLz/λeff=5.10−6, où Lx,y,z sont les dimensions de la cavité et λeff est la longueur d'onde de résonance dans le cœur du résonateur (GaAs). Ces résonateurs hybrides photoniques-électroniques ont la particularité d'être libérés de la limite de diffraction dans les trois dimensions spatiales, et bénéficient pour la première fois de toutes les fonctionnalités habituellement réservées aux dispositifs électroniques. Une application aux polaritons inter-sousbandes THz a permis d'obtenir des résultats à l'état de l'art, démontrant d'une part que ces résonateurs hybrides conservent leurs propriétés photoniques, et d'autre part qu'ils permettent un couplage lumière-matière fort. En parallèle de ce travail, la faisabilité d'un QCL THz avec une région active extrêmement fine est démontrée expérimentalement. Une étude systématique des caractéristiques du laser en fonction de l'épaisseur de la région active (Lz) a permis la réduction de Lz=10 μm (≈λeff/2,7) jusqu'à la valeur record de Lz=1,75 μm (≈ λeff/13) dans une cavité Fabry-Pérot M-SC-M. Malgré l'augmentation des pertes optiques, l'effet laser est obtenu au-dessus de la température de l'azote liquide (78 K) pour la région active la plus fine. Ces résultats sont très encourageants pour le développement de régions actives plus performantes, et permettent d'envisager le développement de micro-cavités lasers avec des volumes effectifs extrêmement sub-longueur d'onde. Les perspectives de ce travail de thèse s'étendent de l'électrodynamique quantique en cavité au nanolaser. Les applications potentielles varient énormément en fonction de la configuration des résonateurs hybrides. Ils peuvent être utilisés comme des éléments passifs pour la détection, ou encore comme des éléments actifs tels que des antennes. Enfin, l'utilisation d'une région active fine en combinaison avec un résonateur hybride devrait permettre d'obtenir un QCL THz ultra-compact libéré de la limite de diffraction, tout en introduisant pour la première fois la possibilité d'accorder la fréquence du laser en adaptant l'impédance complexe équivalente de la combinaison d'éléments LC.

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Visnevski, Dmitri. "Collective dynamics of excitons and exciton-polaritons in nanoscale heterostructures." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00914332.

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Abstract:

In my thesis I will discuss some aspects of collective dynamics of excitons and exciton-polaritons in nanoscale heterostructures. In the first Chapter I will make a brief introduction to the modern semiconductor physics and willdescribe the general elements and notions which will be used further. Other four chapters would be devoted to four works in which I participated, notably, in Chapter 2 I will speak about the coherent interactions between phonons and exciton orexciton-polariton condensates, in Chapter 3 I will discuss the quantum dots lasing and its amplification by an acoustic pulse. Chapter 4 and 5 will be devoted respectively to the polariton multistability and to the condensates of indirect excitons.

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Chastanet, Daniel. "Nouvelles sources compactes dans le moyen-infrarouge : Lasers à cascade quantique au-delà de 16 microns et LED électroluminescentes en régime de couplage fort." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS143/document.

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Abstract:

Le lointain infrarouge (16 µm < λ < 30 µm) est un domaine important pour des applications telles que la détection de large molécules organiques (dont les empreintes d'absorption tombe dans cette gamme de longueur d'onde) et pour la radio-astronomie (oscillateurs locaux pour la détection hétérodyne). Malheureusement, cette fenêtre de transparence atmosphérique, communément appelé la 4eme fenêtre de transparence, est un domaine quasi inexploré.Les LCQ sont des sources de lumière cohérentes, couvrant une gamme allant du moyen infrarouge jusqu'au THz, basées sur l'ingénierie de structures de bandes de matériaux semi-conducteurs. Ils démontrent d'excellentes performances dans le domaine du proche infrarouge mais leur efficacité diminue dans la 4ème fenêtre et au-delà.L'un des buts de cette thèse est le développement d'une nouvelle génération de LCQ capable de couvrir cette zone spectral avec de bonnes performances, en terme de puissance de sortie du dispositif et de température maximale d'opération. Un point clé dans cette optique est l'utilisation d'un nouveau système de matériaux pour ces longueurs d'onde : l'InAs/AlSb. L'avantage de cette solution réside dans sa très faible masse effective : 0,023 m0 (comparée à 0,043 m0 dans les puits d'InGaAs), qui permet d’obtenir un gain plus élevé, résultant dans l'amélioration significative des performances.Une autre approche fondamentalement différente réside dans le régime de couplage fort. L'utilisation d'un temps caractéristique ultra-rapide, associé aux oscillations de Rabi, peut permettre dans un premier temps de réaliser des sources électroluminescentes avec un meilleur rendement quantique (comparé à une transition inter-sous-bandes nue). Les pseudos particules qui découlent du régime de couplage fort dans les transitions inter-sous-bandes (appelés polaritons inter-sous-bandes) peuvent sous certaines limites se comporter comme des bosons. On entrevoit alors la possibilité de réaliser des sources cohérentes basées sur la relaxation d'un condensat polaritonique
The far infrared (16 µm < λ < 30 µm) is an important area for applications such as detecting wide organic molecules (whose absorption fingerprints falls in this wavelength range) and for radio-astronomy (local oscillator for the heterodyne detection). Unfortunately, the atmospheric transparency window, commonly called the 4th transparency window is almost unexplored.QCL are coherent light sources, covering a range from infrared to THz, based on the engineering of band structures of semiconductors. They have excellent performances in the mid infrared but their effectiveness diminishes in the 4th window and beyond.One aim of this thesis is the development of a new generation of QCL able to cover this spectral region with good performance in terms of output power and maximum operating temperature. A key point in this context is the use of a new material system for these wavelengths: InAs / AlSb. The advantage of this solution is its very small effective mass : 0.023 m0 (compared to 0.043 m0 in the InGaAs wells), which provides a higher gain, resulting in significant performances improvement.Another fundamentally different approach lies in the strong coupling regime. Using an ultra-fast characteristic time associated with Rabi oscillations, can allow the realization of emitting sources with improved quantum efficiency (compared to an bare inter-subband transition). pseudo particles arising from the strong coupling regime in the inter-subband transitions (called polaritons inter-sub-bands) may under certain limits behave as bosons. One then sees the possibility of coherent sources based on the relaxation of a polariton condensate

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Brückner, Robert. "Coherence and Coupling of Cavity Photons and Tamm Plasmons in Metal-Organic Microcavities." Doctoral thesis, Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden, 2013. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-115452.

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Abstract:

The subject of this thesis is the investigation of organic microcavities with implemented unstructured and laterally structured metal layers. The optical properties are studied by means of various spectroscopic techniques and are compared to conventional metal-free devices. It is shown that the large expected absorption caused by the embedded metal is reduced compared to the case of a free-standing metal layer of the same thickness. As a consequence of the interaction of the photonic cavity mode with the metallic structures, two new coupled modes emerge which are called Tamm plasmons. The strength of this coupling and the resulting spectral difference of these modes are defined by the thickness of both the metal layer and the adjacent dielectric layers. These control parameters enable the optimization of the structural design. Accordingly, coherent emission from Tamm plasmons is realized at room temperature. An analytical approach is developed accounting for the experimentally observed polarization splitting of detuned resonances. Next, laterally structured metal layers embedded into organic microcavities are considered. The structuring leads to a confinement of the photonic density of states evident from a clear discretization in energy of the corresponding modes. Applying a photolithographic technique to structure the metal layer into a pattern of regularly placed stripes leads to additional effects due to the resulting periodicity. By exciting this hybrid structure above a certain threshold, periodic arrays of localized cavity modes and metal-based Tamm plasmons are generated. These Bloch-like excited states are capable of phase coupling across the grating. Additionally, surface plasmon polaritons (SPPs) are excited propagating at the interface of the silver and the adjacent dielectric layers. Thanks to the periodicity of the metallic stripes, SPPs are subject to efficient Bragg scattering into the light cone in air. Modes up to order number 30 are detectable as quasi-linear periodic lines in the dispersion pattern. A Fourier analysis reveals an in- or out-of-phase coupling of the modes and a spread of the coherence over macroscopic distances of more than 40 µm. This strategy of embedding metal patterns into an organic microcavity yields a viable route towards electrically contacted organic solid-state lasers
In dieser Arbeit werden erstmals dünne, unstrukturierte sowie lateral strukturierte metallische Schichten in organische Mikroresonatoren eingebettet und anschließend die optischen Eigenschaften mittels spektroskopischer Verfahren untersucht. Es zeigt sich, dass die erwarteten hohen optischen Verluste durch die Absorption des elektrischen Feldes im Metall deutlich reduziert sind, verglichen mit dem Fall einer freistehenden, nicht eingebetteten Metallschicht gleicher Dicke. Als Folge der Wechselwirkung der photonischen Kavitätsmode mit dem Metall spaltet diese in zwei miteinander gekoppelte Moden auf. Diese neuartigen Moden werden als Tamm-Plasmonen bezeichnet. Die Kopplung sowie die spektrale Differenz beider Moden ist zum einen durch die optischen Eigenschaften und die Dicke der eingebetteten Metallschicht definiert, zum anderen durch die optische Dicke der angrenzenden dielektrischen Schichten. Dadurch ist eine Optimierung des Systems im Hinblick auf Absorption und Emissionswellenlänge der Bauteile möglich, so dass selbst bei Raumtemperatur kohärente Emission eines Tamm-Zustands erzielt werden kann. Eine erarbeitete analytische Rechnung bestätigt und erklärt die experimentell gemessene, polarisationsabhängige Aufspaltung der auftretenden resonanten Moden. Im zweiten Teil der Arbeit sind organische Mikroresonatoren, deren eingebettete Metallschicht in lateraler Richtung auf verschiedene Weisen strukturiert sind, Gegenstand der Untersuchungen. Als Folge dieser Strukturierung kommt es zur lateralen Beschränkung der photonischen Zustandsdichte, was durch eine Diskretisierung der Energiespektren der resultierenden optischen Moden experimentell nachweisbar ist. Werden periodische Metallstreifen mittels Photolithographie erzeugt, so kommt es neben einer weiteren Beeinflussung der Zustandsdichte auch zu Effekten, die durch diese Periodizität bedingt sind. Entsprechend reproduziert sich die Kavitätsmode mehrfach im Impulsraum. Oberflächenplasmonen, die auf der Grenzfläche zwischen dem Metall und den dielektrischen Schichten propagieren, werden auf Grund der Periodizität bis in den experimentell zugänglichen Lichtkegel gestreut. Dabei werden Plasmonenresonanzen bis hin zur 30. Ordnung gemessen. Im letzten Experiment werden derart periodisch strukturierte Metall-Organik-Mikroresonatoren auf ihre Lasertätigkeit hin untersucht. Eine lokal begrenzte optische Anregung mittels eines gepulsten Lasers führt zur Ausbildung verschiedener Bloch-ähnlicher Moden, deren Kohärenz sich lateral bis zu 40 µm ausbreitet. Eine Fourieranalyse zeigt eindeutige und feste Phasenbeziehungen zwischen angrenzenden Maxima der Moden. Zusammenfassend ergeben sich interessante metall-organische Systeme, die minimale Absorption und niedrige Laserschwellen aufweisen und die prinzipielle Eignung zur elektrischen Kontaktierung besitzen

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Costantini, Daniele. "Génération et amplification de plasmon polaritons de surface aux longueurs d'onde télécom au moyen de dispositifs compacts à semi-conducteur." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00828337.

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Abstract:

La plasmonique est un domaine de la nano-photonique qui étudie le comportement de la lumière à des échelles sub-longueurs d'ondes en présence de métaux. Les plasmons polaritons de surface (SPPs) sont des modes électromagnétiques qui se propagent à l'interface entre un diélectrique et un métal. Les SPPs trouvent des applications dans plusieurs domaines comme la communication et le traitement tout-optique du signal, la spectroscopie, la détection en biologie et en chimie. De nombreux composants plasmoniques (modulateurs, coupleurs, détecteurs ...) ont été démontrés ces dernières années. Cependant, leur l'intégration reste conditionnée par l'absence d'un générateur compact (pompage électrique, dimensions réduites) et par les grandes pertes ohmiques. Les techniques standards de génération de SPs nécessitent l'alignement d'un laser externe sur un prisme ou un réseau de diffraction afin d'adapter le vecteur d'onde incident avec celui du plasmon. L'approche que nous avons choisie est basée sur l'utilisation de lasers à semiconducteur ayant une polarisation transverse magnétique (TM) comme source d'excitation et de gain. Notre approche, permet d'obtenir des dispositifs compacts et facilement intégrables sur puce. Pendant ma thèse j'ai étudié expérimentalement et numériquement les performances d'un laser en fonction rapprochement du contact métallique à sa région active. La proximité du gain optique au métal est nécessaire pour la réalisation de dispositifs plasmoniques actifs. J'ai démontré la génération et l'amplification des plasmons de surface dans la bande télécom (λ=1.3µm), avec des dispositifs compacts, à base de semiconducteurs, fonctionnant par injection électrique et à température ambiante. Notamment, j'ai réalisé une architecture élégante, avec coupleur intégré, pour la génération de SPPs accessibles sur le sommet du dispositif. Un dispositif avec gaine superficielle ultrafine a permis de démontrer un mode hybride plasmonique avec une fraction consistante de champ électrique à l'interface métal/semiconducteur. Finalement, j'ai montrée que la structuration nanométrique du contact métallique réduit les pertes du mode laser. Les résultats sont renforcés par une nouvelle technique de imagerie de champ proche (SNOM) qui a permis de mesurer les SPPs à l'interface métal/or et à l'interface métal/ semiconducteur. Grâce aux mesures SNOM, il a aussi été possible de démontrer sans aucune ambiguïté l'effet de la structuration du métal sur le mode optique.

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Kadoshima, Taisuke. "Self-organization of axial polarity, inside-out layer pattern and species-specific progenitor dynamics in human ES cell-derived neocortex." Kyoto University, 2014. http://hdl.handle.net/2433/188695.

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Hanif, Raza. "Microfabrication of Plasmonic Biosensors in CYTOP Integrating a Thin SiO2 Diffusion and Etch-barrier Layer." Thèse, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2011. http://hdl.handle.net/10393/19880.

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Abstract:

A novel process for the fabrication of Long Range Surface Plasmon Polariton (LRSPP) waveguide based biosensors is presented herein. The structure of the biosensor is comprised of Au stripe waveguide devices embedded in thick CYTOP claddings with a SiO2 solvent diffusion barrier and etch-stop layer. The SiO2 layer is introduced to improve the end quality of Au waveguide structures, which previously deformed during the deposit of the upper cladding process and to limit the over-etching of CYTOP to create micro-fluidic channels. The E-beam evaporation method is adapted to deposit a thin SiO2 on the bottom cladding of CYTOP. A new micro-fluidic design pattern is introduced. Micro-fluidic channels were created on selective Au waveguides through O2 plasma etching. The presented data and figures are refractive index measurements of different materials, thickness measurements, microscope images, and AFM images. Optical power cutback measurements were performed on fully CYTOP-cladded symmetric LRSPP waveguides. The end-fire coupling method was used to excite LRSPP modes with cleaved polarization maintaining (PM) fibre. The measured mode power attenuation (MPA) was 6.7 dB/mm after using index-matched liquid at input and output fibre-waveguide interfaces. The results were compared with the theoretical calculations and simulations. Poor coupling efficiency and scattering due to the SiO2 are suspected for off-target measurements.

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Hofmann, Michael [Verfasser], Ralf [Akademischer Betreuer] Galuske, Paul G. [Akademischer Betreuer] Layer, and Thomas [Akademischer Betreuer] Braun. "Lung epithelial specific depletion of Numb and Numblike impairs epithelial polarity and integrity / Michael Hofmann ; Ralf Galuske, Paul G. Layer, Thomas Braun." Darmstadt : Universitäts- und Landesbibliothek Darmstadt, 2017. http://d-nb.info/1148650164/34.

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Mischok, Andreas, Robert Brückner, Hartmut Fröb, Vadim G. Lyssenko, and Karl Leo. "Photonic lattices in organic microcavities: Bloch states and control of lasing." SPIE, 2015. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A35053.

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Abstract:

Organic microcavities comprising the host:guest emitter system Alq3:DCM offer an interesting playground to experimentally study the dispersion characteristics of laterally patterned microlasers due to the broad emission spectrum and large oscillator strength of the organic dye. By structuring of metallic or dielectric sublayers directly on top of the bottom mirror, we precisely manipulate the mode structure and in fluence the coherent emission properties of the device. Embedding silver layers into a microcavity leads to an interaction of the optical cavity-state in the organic layer and the neighboring metal which red-shifts the cavity resonance, creating a Tamm-plasmon-polariton state. A patterning of the metal can in turn be exploited to fabricate deep photonic wells of micron-size, efficiently confining light in lateral direction. In periodic arrays of silver wires, we create a Kronig-Penney-like optical potential in the cavity and in turn observe optical Bloch states spanning over several photonic wires. We modify the Kronig-Penney theory to analytically describe the full far-field emission dispersion of our cavities and show the emergence of either zero- , π-, or 2π- phase-locking in the system. By investigating periodic SiO2 patterns, we experimentally observe stimulated emission from the ground and different excited discrete states at room temperature and are able to directly control the laser emission from both extended and confined modes of the photonic wires at room-temperature.

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Podzorov, Alexander. "Spectroscopie et imagerie térahertz des systèmes d'intérêt biologique." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2009. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005584.

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Abstract:

Ce travail de thèse présente quelques exemples d'utilisation du rayonnement térahertz pour l'étude de systèmes d'intérêt biologique. Nous avons construit et caractérisé deux dispositifs expérimentaux analogues, chacun conçu de façon à servir à une famille d'applications particulière. Ces dispositifs sont basés sur la génération et la détection des ondes térahertz à l'aides d'antennes photoconductrices pilotées par un laser infrarouge femtoseconde. Un premier dispositif térahertz, dédié à la spectroscopie dans le domaine temporel, permet de caractériser de nombreux systèmes plus ou moins homogènes du point de vue spectroscopique, c'est-à-dire d'obtenir la permittivité complexe du matériau et sa dépendance spectrale. L'étude des nouveaux matériaux transparents en térahertz et des solutions ioniques aqueuses à l'aide de ce spectromètre térahertz a été accomplie. Un deuxième dispositif est consacré au développement de nouvelles techniques d'imagerie térahertz en champ proche avec ouverture. En effet, un contraste fourni par la différence d'absorption des solutions ioniques a permis d'étudier des cellules biologiques de façon non-invasive ; il s'agit ici notamment de l'embryon de drosophile et du nerf sciatique de grenouille. Le lien entre ces deux thématiques est fait par la recherche sur les plasmons-polaritons de surfaces, des ondes électromagnétiques à la surface de métaux, qui, dans certaines conditions, permettent d'exalter la transmission à travers des ouvertures de taille inférieure à la longueur d'onde. Des études spectroscopiques ont permis de comprendre certaines propriétés fondamentales de ces ondes surfaciques en vue de leur application aux nouvelles sondes de champ proche.

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Ruan, Zhichao. "Dispersion Engineering : Negative Refraction and Designed Surface Plasmons in Periodic Structures." Doctoral thesis, Stockholm : Informations- och kommunikationsteknik, Kungliga Tekniska högskolan, 2007. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-4542.

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Karr, Jean-Philippe. "Optique quantique dans les microcavités semi-conductrices. Spectroscopie de l'ion moléculaire H2+." Habilitation à diriger des recherches, Université d'Evry-Val d'Essonne, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00347825.

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Abstract:

Je présente dans une première partie mes travaux de recherche sur les microcavités semi-conductrices en régime de couplage fort exciton-photon. Les modes propres dans ces systèmes sont des états mixtes exciton-photon appelés polaritons de cavité, qui présentent de fortes non-linéarités optiques provenant de l'interaction exciton-exciton. Je présente plusieurs applications de ces dispositifs dans les domaines de l'optique quantique (compression du bruit quantique, génération de faisceaux corrélés) des communications optiques et de l'opto-électronique de spin.

J'aborde dans la deuxième partie mes activités théorique et expérimentale autour de la spectroscopie de l'ion H2+. Le but de l'expérience, qui a débuté en 2003 à l'université d'Evry, est de mesurer la fréquence d'une transition vibrationnelle à deux photons sans effet Doppler, et de la comparer à des prédictions théoriques précises pour en déduire une nouvelle détermination du rapport mp/me. Je décris les progrès des calculs de haute précision sur l'ion H2+ (niveaux d'énergie non relativistes, structure hyperfine), ainsi que le dispositif expérimental mis en place et les perspectives de l'expérience.

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Michalsky, Tom. "Propagating exciton-polariton states in one- and two-dimensional ZnO-based cavity systems." 2017. https://ul.qucosa.de/id/qucosa%3A21376.

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Chou, Yu-Hsun, and 周昱薰. "ZnO Nanowire Surface Plasmon Polariton Lasers." Thesis, 2016. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/05661272912113274827.

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Abstract:

博士
國立交通大學
照明與能源光電博士學位學程
105
The use of small optoelectronic devices with low power consumption for the realization of high-density integrated optoelectronic integrated circuits has attracted increasing interest in recent years. Although current semiconductor device manufacturing technology enables the development of nanoscale semiconductor optoelectronics, these devices are still restricted by the optical diffraction limit and cannot be further shrunk to nanoscale. In our research, we realized a Fabry–Perot-type surface plasmon polariton (SPP) laser by placing an insulator between a ZnO nanowire and metal film, forming a semiconductor–insulator–metal (SIM) structure. Because the emitted photons have characteristics in one-to-one correspondence with those of cavity surface plasmons (SPs), these photons also show coherent signatures. Our group has successfully demonstrated a SPP nanolaser that can be operated at room temperature through coupling between ZnO excitons and SPPs. Nanolasers with an ultracompact footprint can provide high-intensity coherent light, which can be potentially applied to high-capacity signal processing, biosensing, and subwavelength imaging. In this dissertation, we focus on the characteristics of a ZnO nanowire laser with silver- and aluminum-based thin film. In the first part, we demonstrate that the quality of the metal thin film and surface morphology increased the threshold significantly in an aluminum-based SPP nanolaser. By improving metal quality and surface roughness, we successfully enhanced the performance of the SPP nanolaser and achieved laser operation at room temperature. In the second part of this dissertation, we successfully demonstrate SPP nanolaser operation nearby the SP frequency by using a high-quality silver film with low metal loss. The characteristics of SPP nanolasers operating nearby the SP frequency are investigated in the silver-based SPP nanolaser. We then summarize the characteristics of the SPP nanolaser when it is operated at different distances from the SP frequency. In the final part of this dissertation, we show that by selecting the appropriate combination of permittivity between the metal and dielectric layers, the insulator layer of the SIM structure can be removed. The optimization of the SPP nanolaser structure can be sustained at temperatures of up to 353 K.

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36

Wu, Yen-Mo, and 吳彥模. "Study of surface plasmon polariton ZnO nanowire lasers." Thesis, 2015. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/sv3g88.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程研究所
104
Nanolasers with the advantages of small size and low energy consumption can be applied to many areas, like semiconductor fabrication, high density optical storage, biological and biomedical area. Nanolasers appeal many advanced groups to research. In this thesis, we mainly investigate the aluminum-based surface plasmon polariton ZnO nanowire lasers. In our research, the aluminum film and insulator are respectively fabricated in different ways. After analyzing the optical measurement results with AFM and reflectivity spectrum, we find that the threshold power density would greatly increase due to scattering loss resulting from the different fabrication method. Choosing the appropriate ways to fabricate can improve the laser device performance. As a result, the device still can operate at room temperature. By the prediction of simulation results, we successfully demonstrate the surface plasmonic laser without insulator layer. In the last section, we compare the difference between aluminum-based nanolasers and silver-based nanolasers.

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37

Huang, Si-Wei, and 黃思維. "Study of Polariton Lasers in ZnO-based Hybrid Microcavities." Thesis, 2011. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/30426998505280263903.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
照明與能源光電研究所
99
Microcavities containing excitons that couple strongly to photon can enter a regime of strong coupling which produces new mixed quasi-particles, the polaritons. Polaritons are half-light and half-matter particles, and possess unique and tunable dispersion relations. Recently, the discoveries in semiconductor microcavities have been shown that these polaritons differ completely from excitons in their enormous nonlinear scattering cross-sections and their bosonic statistics. This can lead to polariton lasing, the spontaneous emission of coherent light by condensates of exciton-polaritons. Unlike conventional lasers, polariton lasers have no threshold condition linked to the inversion of the population. In this thesis, a systematically study the characteristics of polariton lasers in ZnO-based Microcavities has been obtained. First, by using angle-resolved photoluminescence measurement, dispersion curves of polariton at room temperature are observed. These experimental results agree with simulated ones from transfer matrix method. That is an evidence of the existence of polaritons. As pumping power increases, lower polaritons efficiently relax toward ground state as a result of the increase of polariton-polariton scattering rate. When the carrier density reaches the threshold of bosonic final state stimulated scattering, lower polaritons macroscopically occupy ground state and spontaneously emit coherent light. Furthermore, we measure polarization, real space distribution, and spatial coherence in order to study the characteristics of polariton laser. Finally, we also observe the photon lasing at different region. By comparing polariton lasers with photon lasers, the clear discrimination of dispersion curves and polarization have been shown.

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38

Xu, Wen-Hui, and 許雯惠. "Design and Fabrication of Tamm Plasmon Polariton UV Lasers." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/uy55n6.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
影像與生醫光電研究所
106
Electrons and holes coupled by the Coulomb force in semiconductors could form the quasi-particle, which is so called exciton. The exciton strongly couples with photon and produce the exciton-polariton. The coupling would split to two polariton branches: upper polariton branch (UPB) and lower polariton branch(LPB). Exciton-polaritons have the small effective mass and has the similar properties of bosons. Therefore, it can be an ideal candidates to observe the Bose–Einstein condensation at room temperature. The exciton-polariton laser generated by dynamical condensates is a low threshold novel coherent light source. In this study, the ZnO based Tamm plasmon polariton (TPP) ultraviolet laser is realized. TPP provides the strong electric field confinements in the active layer with excitons. The strong coupling of exciton polariton is at 373 nm and the large Rabi-splitting about 140 meV is observed. The corresponding lasing behaviors, such as threshold energy, linewidth, angular dispersion curve are verified. These results afford a basis to understand the exciton-Tamm polaritons lasing mechanisms.

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39

Liao, Yun-Jhen, and 廖耘甄. "Synthesis of ZnO nanowires for application in surface plasmon polariton lasers." Thesis, 2017. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/q7e6fg.

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Abstract:

碩士
國立清華大學
材料科學工程學系
105
ZnO is one of the most promising optical materials and allows lasing in ZnO nanowires at room temperature. Plasmonic lasers are potentially useful in applications in biosensing, photonic circuits, and high-capacity signal processing. In this work, we combine a ZnO nanowire and single-crystalline metal films to fabricate Fabry-Perot type surface plasmon polariton (SPP) lasers to overcome the diffraction limit of conventional optics (λ/2n)3. High quality ZnO nanowires were synthesized by a vapor phase transport process via catalyzed growth. The ZnO nanowires were placed on a single-crystalline Al film grown with molecular beam epitaxy. Al2O3 deposited by atomic layer deposition was inserted between ZnO nanowires and Al film. The plasmonic laser is of metal-oxide-semiconductor (MOS) structure which might be compatible in processing of integrated silicon devices. The thickness effects of insulating layer on lasing threshold condition of the SPP nanolasers in the subwavelength regime were investigated. It was found that optimal thickness of dielectric layer deposited will lead to lower lasing threshold owing to the higher gain factor and lower metal loss. Besides, we also discuss the optical properties of photonic lasers. ZnO nanowires are used as gain medium which are synthesized by hydrothermal method.

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40

Huang, Yao-Ching, and 黃耀慶. "Alignment Layer Polarity Effects on Ferroelectric Liquid Crystals." Thesis, 2007. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/57377525581143801847.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
電機學院光電顯示科技產業專班
95
A method solving horizontal defect of FLCs was proposed based on elastic-continuum theory. According to the theory, FLCs of the uniform state in the cell had two stable states (azimuthal angle 讧=0 or 钉) which possessed the same minimum free energy and horizontal defect would always appear. Only one stable state had the minimum free energy so that horizontal defect no more observed in the cell, by using hybrid cell configurations which adopted two different alignment layers with opposite polarity, Our results showed that horizontal defect-free state was successfully achieved by using three different kinds of hybrid cells. Our breakthrough produced satisfied dark state, solved the alignment problem of FLCs and made FLCs application in displays become hopeful.

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41

Liu, Mei-Chun, and 劉玫君. "Optical Characteristics of GaN-based Vertical Cavity Surface Emitting Lasers and Cavity Polariton Dispersion in Multimode GaN Microcavity." Thesis, 2009. http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/77690208836316636082.

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Abstract:

碩士
國立交通大學
光電工程系所
97
Due to the inherent advantages of GaN-based compound materials, such as wide band gap varying from 0.7 to 6.2eV、direct band gap characteristics…, etc. Which all make them possible to emit emission wavelength ranging from red to ultra-violet with higher illumination. Therefore, GaN-based semiconductors have recently attracted much interest owing to their applications in optoelectronics devices. In this study, the fabrication of GaN-based vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) is analyzed and characterized. We proposed a GaN-based VCSEL structure which consists of InGaN/GaN MQWs and two dielectric DBRs with high reflectivity. We investigated the laser emission characteristics of the GaN-based VCSEL under optically pumping operation at room temperature. The quality factor of VCSEL is 1000, indicating a good interfacial layer quality of the structure. The laser emits emission wavelength at 412 nm with a linewidth of 0.26 nm. The measurement results reveal the linewidth reduction, degree of polarization of 79.4%, and the divergent angle of 5°. The laser has a threshold pumping energy of 784 nJ at room temperature and the characteristic temperature is 130K. Meanwhile, we used Hakki-Paoli method and the measured photoluminescence spectrum to estimate the temperature dependent optical gain and linewidth enhancement factor of the VCSELs. At 80 K, the optical gain of 2.2×103 cm-1 was estimated at the threshold condition with a carrier density of 6.8×1019 cm-3 by pulse laser. We found that the gain increases more rapidly as a function of the injected carrier density at lower temperature by two difference pumping sources. The α-factor at 300 K was estimated to be 4.3 and decreased to as low as 0.6 at 80 K. Micro-PL intensity mapping indicated that there exists nonuniform PL emission intensity over the VCSEL aperture. The gain values of the highest PL intensity are larger than the ones of lower PL intensity. We obtained the sharp slope of gain spectrum from 400 nm to 420 nm, while the slope of the gain spectrum ranging from 420 nm to 445 nm is smooth. The frequency spacing between adjacent PL peaks decreases by almost a factor of five from 470 nm to 370 nm. We use the intrinsic material index dispersion and polariton dispersion to fit the experimental data, it shows that the latter fitting curve is much better than the former one.

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42

Brückner, Robert. "Coherence and Coupling of Cavity Photons and Tamm Plasmons in Metal-Organic Microcavities." Doctoral thesis, 2012. https://tud.qucosa.de/id/qucosa%3A26934.

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Abstract:

The subject of this thesis is the investigation of organic microcavities with implemented unstructured and laterally structured metal layers. The optical properties are studied by means of various spectroscopic techniques and are compared to conventional metal-free devices. It is shown that the large expected absorption caused by the embedded metal is reduced compared to the case of a free-standing metal layer of the same thickness. As a consequence of the interaction of the photonic cavity mode with the metallic structures, two new coupled modes emerge which are called Tamm plasmons. The strength of this coupling and the resulting spectral difference of these modes are defined by the thickness of both the metal layer and the adjacent dielectric layers. These control parameters enable the optimization of the structural design. Accordingly, coherent emission from Tamm plasmons is realized at room temperature. An analytical approach is developed accounting for the experimentally observed polarization splitting of detuned resonances. Next, laterally structured metal layers embedded into organic microcavities are considered. The structuring leads to a confinement of the photonic density of states evident from a clear discretization in energy of the corresponding modes. Applying a photolithographic technique to structure the metal layer into a pattern of regularly placed stripes leads to additional effects due to the resulting periodicity. By exciting this hybrid structure above a certain threshold, periodic arrays of localized cavity modes and metal-based Tamm plasmons are generated. These Bloch-like excited states are capable of phase coupling across the grating. Additionally, surface plasmon polaritons (SPPs) are excited propagating at the interface of the silver and the adjacent dielectric layers. Thanks to the periodicity of the metallic stripes, SPPs are subject to efficient Bragg scattering into the light cone in air. Modes up to order number 30 are detectable as quasi-linear periodic lines in the dispersion pattern. A Fourier analysis reveals an in- or out-of-phase coupling of the modes and a spread of the coherence over macroscopic distances of more than 40 µm. This strategy of embedding metal patterns into an organic microcavity yields a viable route towards electrically contacted organic solid-state lasers.
In dieser Arbeit werden erstmals dünne, unstrukturierte sowie lateral strukturierte metallische Schichten in organische Mikroresonatoren eingebettet und anschließend die optischen Eigenschaften mittels spektroskopischer Verfahren untersucht. Es zeigt sich, dass die erwarteten hohen optischen Verluste durch die Absorption des elektrischen Feldes im Metall deutlich reduziert sind, verglichen mit dem Fall einer freistehenden, nicht eingebetteten Metallschicht gleicher Dicke. Als Folge der Wechselwirkung der photonischen Kavitätsmode mit dem Metall spaltet diese in zwei miteinander gekoppelte Moden auf. Diese neuartigen Moden werden als Tamm-Plasmonen bezeichnet. Die Kopplung sowie die spektrale Differenz beider Moden ist zum einen durch die optischen Eigenschaften und die Dicke der eingebetteten Metallschicht definiert, zum anderen durch die optische Dicke der angrenzenden dielektrischen Schichten. Dadurch ist eine Optimierung des Systems im Hinblick auf Absorption und Emissionswellenlänge der Bauteile möglich, so dass selbst bei Raumtemperatur kohärente Emission eines Tamm-Zustands erzielt werden kann. Eine erarbeitete analytische Rechnung bestätigt und erklärt die experimentell gemessene, polarisationsabhängige Aufspaltung der auftretenden resonanten Moden. Im zweiten Teil der Arbeit sind organische Mikroresonatoren, deren eingebettete Metallschicht in lateraler Richtung auf verschiedene Weisen strukturiert sind, Gegenstand der Untersuchungen. Als Folge dieser Strukturierung kommt es zur lateralen Beschränkung der photonischen Zustandsdichte, was durch eine Diskretisierung der Energiespektren der resultierenden optischen Moden experimentell nachweisbar ist. Werden periodische Metallstreifen mittels Photolithographie erzeugt, so kommt es neben einer weiteren Beeinflussung der Zustandsdichte auch zu Effekten, die durch diese Periodizität bedingt sind. Entsprechend reproduziert sich die Kavitätsmode mehrfach im Impulsraum. Oberflächenplasmonen, die auf der Grenzfläche zwischen dem Metall und den dielektrischen Schichten propagieren, werden auf Grund der Periodizität bis in den experimentell zugänglichen Lichtkegel gestreut. Dabei werden Plasmonenresonanzen bis hin zur 30. Ordnung gemessen. Im letzten Experiment werden derart periodisch strukturierte Metall-Organik-Mikroresonatoren auf ihre Lasertätigkeit hin untersucht. Eine lokal begrenzte optische Anregung mittels eines gepulsten Lasers führt zur Ausbildung verschiedener Bloch-ähnlicher Moden, deren Kohärenz sich lateral bis zu 40 µm ausbreitet. Eine Fourieranalyse zeigt eindeutige und feste Phasenbeziehungen zwischen angrenzenden Maxima der Moden. Zusammenfassend ergeben sich interessante metall-organische Systeme, die minimale Absorption und niedrige Laserschwellen aufweisen und die prinzipielle Eignung zur elektrischen Kontaktierung besitzen.

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43

Χρόνη, Δάφνη. "Φασματοσκοπία χρονικής ανάλυσης και συγκριτική μελέτη γραμμικών και αστεροειδών συζυγιακών οργανικών μορίων." Thesis, 2012. http://hdl.handle.net/10889/5470.

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Abstract:

Η φύση της οπτικής διέγερσης και ο βαθμός της ενδομοριακής μεταφοράς του φορτίου (Intramolecular Charge Transfer, ICT), καθώς επίσης η δυναμική των διεγερμένων στάθμεων, σε δύο νέες οργανικές δομές μορίων , D-π-A (γραμμικό μόριο) και DΑ3 (δενδριμερές - αστεροειδές μόριο με επίκεντρο τον δότη ηλεκτρονίων) έχουν διερευνηθεί με femtosecond φασματοσκοπία χρονικής ανάλυσης (απόσβεση του φθορισμού τους) σε δύο διαφορετικούς διαλύτες, το τολουόλιο (με ασθενή πολικότητα) και το τετραϋδροφουράνιο (με μέτρια πολικότητα). Τα πειραματικά αποτελέσματα με βάση τη σύγκριση των μορίων της ίδιας δομής (DA ή DA3) με προοδευτική αλλαγή των αποδεκτών ηλεκτρονίων (από τους ασθενέστερους προς τους ισχυρότερους) στον ίδιο διαλύτη έδειξαν ότι οι οργανικές δομές με υποκαταστάτες τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων είχαν γρηγορότερη απόσβεση του φθορισμού τους και συνεπώς ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επιπλέον, η σύγκριση των δύο δομών έδειξε ότι τα δενδριμερή μόρια γενικά παρουσίαζαν ισχυρότερη ενδομοριακή μεταφορά του φορτίου. Επίσης τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι κατά τη σύγκριση των δύο διαλυτών οι αλληλεπιδράσεις διπόλου - διπόλου μεταξύ της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη επιδρά στις φασματικές ιδιότητες των μορίων μειώνοντας την ενέργεια της διεγερμένης στάθμης αφού παρατηρήθηκε ερυθρή μετατόπιση Stoke (red shift Stoke) των φασμάτων φθορισμού των μορίων και ακολούθως οι δομές με τους ισχυρότερους αποδέκτες ηλεκτρονίων παρουσίαζαν μεγαλύτερη απόσβεση του φθορισμού.
The optic excitement and the degree of Intramolecular Charge Transfer (ICT), as well as the dynamics of excited states, two new organic structures of molecules, D-pi-A (linear molecule) and DA3 (dendrimers – molecule with center an electron donor) have been investigated with femtosecond time resolved spectroscopy in two different solvents, toluene (with weak polarity) and tetrahydrofuran (moderate polarity). The experimental results by comparing the molecules of the same structure (DA or DA3) with gradual change of electrons acceptors (from weakest to strongest) in the same solvent showed that the organic structures with strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence and hence a stronger intramolecular charge transfer. Moreover, the comparison of the two structures showed that the dendrimers molecules generally showed stronger intramolecular charge transfer. Also the experimental results showed that when the solvent effect ( interactions dipole – dipole) on spectral properties of molecules by reducing the energy of the excited levels (red shift Stoke) of the fluorescence spectra of molecules and then the structures with the strongest electron acceptors had faster decay of the fluorescence

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Bock, Sergej. "Neue Ansätze zur linearen und nichtlinearen optischen Charakterisierung molekularer und nanokristalliner Ensembles: Zusammenhang zwischen makroskopischer Funktion und Struktur auf mesoskopischer Längenskala technologisch relevanter Materialien." Doctoral thesis, 2020. https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-202010293646.

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Abstract:

Durch neue Ansätze zur Charakterisierung molekularer und nanokristalliner Materialien spiegelt die vorliegende Arbeit die Synergie von linearer Optik über Ultrakurzzeitphysik zur nichtlinearen Optik wider. Angefangen mit der linearen diffusen Reflektanz (Remission) zur Bestimmung des spektralen Reflexionsvermögens von Pulverpartikeln, erlaubt die hier gezeigte alternative Herangehensweise (s. Kapitel 2) nicht nur ein vereinfachtes Messen der Remission zur Analyse von Materialzusammensetzungen, Verunreinigungen und Co-Dotierungen, sondern eröffnet zudem über Monte-Carlo Simulationen, kombiniert mit der Kubelka-Munk Theorie und der Mie Streuung, auch den Zugang zu dem ansonsten experimentell unzugänglichen Absorptionskoeffizienten von nicht-transluzenten Proben. Die präsentierten Mess- und Simulationsergebnisse an Pulvertabletten aus Rutil-Titandioxid (TiO2) und Cer-dotierten Yttrium Aluminium Granat (YAG:Ce3+) sind mit den bisherigen in der Literatur vorliegenden Ergebnissen konsistent oder zumindest vergleichbar. Auch lassen sich nach Modifikation der Kubelka-Munk Funktion die Bandkanten-Energien Eg der mikro- und nanokristallinen Pulverproben mittels so genannter Tauc Plots verifizieren. Basierend auf einer starken Temperatur- und Konzentrationsabhängigkeit lassen sich die Emissionsspektren der oben genannten YAG:Ce3+-Leuchtstoffe aufgrund von Überlappung oder Verschiebung der energetischen Grundniveaus 2F5/2 und 2F7/2 variieren (s. Kapitel 3). Während sich bei Tieftemperaturen um 19K die doppelbandige Natur der Leuchtstoffe zeigt, verbreitern sich die Emissionsbanden bei Raumtemperatur zu einer Einzelbande, womit eine spektral sehr breite Fluoreszenz einhergeht. Mathematische Entfaltungen dieser Spektren zeigen jeweils den prozentualen Beitrag der Relaxation aus dem untersten angeregten Zustand 5d1 in einen der beiden Grundzustände 2F5/2 und 2F7/2 und ebenso den Einfluss der Temperatur und Cer-Konzentration. Tatsächlich führen die experimentellen Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zu der Erkenntnis, dass eine der vier untersuchten YAG:Ce3+-Proben eine erhöhte Cer-Konzentration aufweisen muss. Anders als bei den schwach konzentrierten YAG:Ce3+-Proben ist die spektrale Doppelbande des stark konzentrierten Leuchtstoffs selbst bei 19K nur zu erahnen, während der Beitrag des 5d1 --> 2F7/2 Übergangs auf die Gesamtfluoreszenz retrograd zum 5d1 --> 2F5/2 Übergang mit steigender Temperatur sogar abnimmt. Im direkten Anschluss an die spektrale Vermessung der Proben folgen zeitaufgelöste Lebensdauermessungen zur Bestimmung der Nachleuchtdauern dieser Leuchtstoffe mittels Pikosekunden-Laserpulsen (ps-Pulse) (s. Kapitel 3.3). Auch hier stellen sich Unterschiede zwischen den genannten YAG:Ce3+-Proben heraus und untermauern erneut die Annahme unterschiedlicher Cer-Konzentrationen: Während die Nachleuchtdauer der niedrig konzentrierten Leuchtstoffe von der Temperatur nahezu unberührt bleibt, zeigt sich eine bemerkenswerte Temperaturabhängigkeit des 5d1 --> 2F5/2 Übergangs beim YAG:Ce3+ mit hohem Cer-Gehalt. Auf Basis sämtlicher experimenteller Erkenntnisse und einer ausgiebigen Literaturrecherche kann schließlich eine Fremddotierung der Leuchtstoff-Proben nahezu vollständig ausgeschlossen und ein Energieschema für die vorliegenden YAG:Ce3+-Leuchtstoffe mit den wichtigsten optischen Übergängen erstellt werden. In Hinblick auf potentielle holographische Applikationen wie der optischen Datenspeicherung oder Echtzeit-Holographie erweisen sich die in Polydimethylsiloxan eingebetteten photoschaltbaren Ruthenium-Sulfoxide aufgrund der äußerst geringen Beugungseffizienz von < 10−2 als nicht pragmatisch für die Praxis (s. Kapitel 4). Vergleichbare photoschaltbare Materialien, wie zum Beispiel Natriumnitrosylprussiat, erreichen hingegen Effizienzen von bis zu 100 %. Dennoch zeichnen sich die in Publikation 2 (s. Anhang A.2) vorgestellten Resultate an OSO-PDMS durch ihre äußerst hohe Qualität aus. Sowohl die dynamische Hologramm-Entstehung als auch die Rocking-Kurve folgen den physikalischen Theorien einwandfrei und lassen sich mit den bekannten mathematischen Anpassungen exakt wiedergeben, womit sich entsprechend intrinsische Größen ableiten lassen. Zudem beeindruckt der experimentelle Aufbau mit der präzisen Messung der oftmals nicht detektierbaren Nebenmaxima der gezeigten Rocking-Kurve sowie des Winkel-Multiplexings. Bemerkenswert ist außerdem aus physikalischer Sicht der immense Unterschied zwischen cw- und fs-Holographie. Hier deuten sich nichtlineare Effekte an, die zu der Erkenntnis führen, dass sich die bekannten Theorien mit cw-Lasern nicht ohne Weiteres deckungsgleich auf die Holographie mit ultrakurzen Laserpulsen anwenden lassen. Ein möglicher Erklärungsansatz ist in Kapitel 4.1 beschrieben. Einen praktischen Zweck zur Nutzung nichtlinearer Effekte erfüllt die vorgestellte Messmethode zur Unterscheidung polarer und nicht-polarer Materialien mittels intensiver fs- Puls-Anregung von sogenannten harmonischen (Upconversion-)Nanopartikeln (s. Kapitel 5). Denn anders als die zu Beginn behandelten Leuchtstoffe, weisen die harmonischen Nanopartikel eine starke Anti-Stokes Verschiebung durch Frequenzkonversion zweier oder dreier Photonen zu einem energiereicheren (kurzwelligen) Photon auf. Diese als SHG (second harmonic generation) und THG (third harmonic generation) bekannte Lichtemission wird spektral vermessen, wobei die zu Beginn der Arbeit beschriebenen linearen diffusen Reflektanzmessungen den zu erwartenden Spektralbereich ohne nennenswerte Absorption eingrenzen. Die eigens definierte Gütezahl fR, bestehend aus dem integrierten SHG- und THG-Emissionsspektrum einer Probe, kategorisiert dann die polare (fR > 1) oder nicht-polare (fR << 1) Natur des Materials.

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Dissertations / Theses on the topic 'Polariton laser'

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