Na­no Op­tics

Grup­pen-Mit­glie­der

Gruppenleiter:Mohamed Benyoucef
Doktoranden:Andrei Kors, Patrick Krawiec, Matusala Yacob, Muhammad Usman
Master- und Bachelorstudenten:Birk Fritsch, Lucas Rickert, Adnan Sayyed, Andreas Körner

Ziel­set­zung

Die Forschungsgruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von neuartigen und fortgeschrittenen Quanten Architekturen, welche mittels Molekularstrahlepitaxie auf Si, GaAs, (flach und vorstrukturierten) und InP-Substraten hergestellt werden, und der Untersuchung ihrer spezifischen Aspekte der Quantenoptik. Das Erste, die Integration von Quantenpunkten auf Silizium, gilt als eines der Schlüsseltechnologien, um die Vorteile beider Materialien zu kombinieren, und damit eine äußerst vielseitige Hybrid-Photonik-Plattform zu bilden, die dadurch den Weg der photonischen Integration im großen Maßstab eröffnet. Das Letztere könnte die Implementierung von effizienten Einzelphotonenquellen für die sichere Übertragung von Daten über große Distanzen“.

Der Schwerpunkt liegt auf der Herstellung (Wachstum und Bearbeitung) und der Untersuchung der grundlegenden Strukturen sowie der optischen Eigenschaften von einzelnen Quanten-Nanoarchitekturen, der Integration von III-V-Halbleiterlichtquellen auf Silizium, der Herstellung und Charakterisierung von Mikrokavitäten (z.B., photonische Kristalle) in Kombination mit integrierten Quantenpunkten und der Bearbeitung von nanostrukturierten Oberflächen für optische Elemente.

Pro­jek­te

For­schungs­ak­ti­vi­tä­ten

  • Epitaktisches Wachstum von Halbleiter-Nanostrukturen auf verschiedenen Substraten mittels MBE-Anlagen
  • Entwicklung von Einzelphotonenquellen im Bereich der Telekommunikationswellenlängen für die Quantenkommunikation über große Distanzen
  • Entwicklung von Quantenpunktemission im Telekombereich für die Spin-Speicherung
  • Integration einzelner InAs/GaAs Kern-Schale Quantenpunkte in Silizium
  • Verarbeitung von nanostrukturierten Oberflächen für die Realisierung von deterministischen optischen Elementen
  • Herstellung und Untersuchung von Mikroresonator Strukturen (z.B. Säulen Resonatoren, photonische Kristalle)

  • Studien zu strukturellen Eigenschaften von selbstorganisierten Quantenpunkten

  • Studien zu Licht-Materie-Wechselwirkungen auf Nanoskala von Festkörper Quantensystemen

InP-ba­sier­te Quan­ten­punk­te:

(a) µ-PL spectrum from single InP-based quantum dot (QD). The inset shows the 2x2 µm2 2D AFM image of low density QDs. (b) Single-photon emission at telecom wavelengths from single InP-based QDs (in cooperation with Uni. Stuttgart). (c) Coherent properties of single InP-based
(a) µ-PL spectrum from single InP-based quantum dot (QD). The inset shows the 2x2 µm2 2D AFM image of low density QDs. (b) Single-photon emission at telecom wavelengths from single InP-based QDs (in cooperation with Uni. Stuttgart). (c) Coherent properties of single InP-based

Li­te­ra­tur:

InP-ba­sier­te Pho­to­ni­sche Kris­tall­struk­tu­ren:

 (a) μ-PL-Spektren des L3 photonischen Kristallen (PK) Mikroresonator bei 10 K (rote Linie) und 300 K (schwarze Linie) mit einer Laseranregungsleistung von 70 μW. (b) μ-PL-Spektren des L3 PK Mikroresonator: schwarze Linie ohne Polarisation, rote Linie mit horizontaler Polarisation und blaue Linie mit vertikaler Polarisation. Einsätze: SEM-Bild des L3 PK Mikroresonator. (c) μ-PL-Spektren eines einzigen QPktes bei drei verschiedenen Laserleistungen aufgenommen, zeigt exzitonische (X) und biexzitonische (XX) Emissionslinien. (d) X- und XX-PL-Intensitäten als Funktion der Laseranregungsleistung. Die gepunkteten und gestrichelten Linien passen sich einer Steigung von 0,8 und 1,7 an. (e) X und XX Übergänge aufgezeichnet bei 0° (rot) und 90° (schwarz) Polarisationswinkel, zeigt verschwindende Feinstrukturaufspaltung.
(a) μ-PL-Spektren des L3 photonischen Kristallen (PK) Mikroresonator bei 10 K (rote Linie) und 300 K (schwarze Linie) mit einer Laseranregungsleistung von 70 μW. (b) μ-PL-Spektren des L3 PK Mikroresonator: schwarze Linie ohne Polarisation, rote Linie mit horizontaler Polarisation und blaue Linie mit vertikaler Polarisation. Einsätze: SEM-Bild des L3 PK Mikroresonator. (c) μ-PL-Spektren eines einzigen QPktes bei drei verschiedenen Laserleistungen aufgenommen, zeigt exzitonische (X) und biexzitonische (XX) Emissionslinien. (d) X- und XX-PL-Intensitäten als Funktion der Laseranregungsleistung. Die gepunkteten und gestrichelten Linien passen sich einer Steigung von 0,8 und 1,7 an. (e) X und XX Übergänge aufgezeichnet bei 0° (rot) und 90° (schwarz) Polarisationswinkel, zeigt verschwindende Feinstrukturaufspaltung.

Li­te­ra­tur:

Si­li­zi­um-ba­sier­te Qaun­ten­punk­te:

Links: InAs QP eingebettet in einer Siliziummatrix (in Kooperation mit PDI Berlin). Rechts: Lichtemission von einzelnen InAs/GaAs Kern-Schale QP direkt auf Silizium aufgewachsen.
Links: InAs QP eingebettet in einer Siliziummatrix (in Kooperation mit PDI Berlin). Rechts: Lichtemission von einzelnen InAs/GaAs Kern-Schale QP direkt auf Silizium aufgewachsen.

Li­te­ra­tur:

GaAs-ba­sier­te Quan­ten­punk­te:

(a & b) Einzelphotonemission und X Lebensdauer von einzelnen QP aufgewachsen mittels Droplet-Epitaxie (in Kooperation mit HU Berlin).(c) Qualitätsfaktorerhöhung in gekoppelten Resonatoren (in Kooperation mit der Uni. Magdeburg und IFW Dresden).
(a & b) Einzelphotonemission und X Lebensdauer von einzelnen QP aufgewachsen mittels Droplet-Epitaxie (in Kooperation mit HU Berlin).(c) Qualitätsfaktorerhöhung in gekoppelten Resonatoren (in Kooperation mit der Uni. Magdeburg und IFW Dresden).

Li­te­ra­tur:

Räum­lich-kon­trol­lier­te Quan­ten­punk­te auf vor­struk­tu­rier­ten GaAs und Si­li­zi­um Sub­stra­ten:

Links: Räumliche-kontrollierte QP auf GaAs Substraten. Rechts: III-V Nanostrukturen lokalisiert in vorstrukturierten Silizium Nanolöchern.
Links: Räumliche-kontrollierte QP auf GaAs Substraten. Rechts: III-V Nanostrukturen lokalisiert in vorstrukturierten Silizium Nanolöchern.

Li­te­ra­tur: