Download or read book Nanostructures photoniques ultimes pour l information quantique written by Patrick Nedel and published by . This book was released on 2010 with total page 218 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La généralisation des communications numériques (téléphonie mobile, courrier électronique, commerce électronique...) rend nécessaire la mise au point de systèmes dont la confidentialité des informations est garantie de manière absolue. L'utilisation des lois de la mécanique quantique comme moyen de cryptage répond à ce critère. Bien que les physiciens théoriciens aient commencé à réfléchir sur ce type de cryptage depuis les années 1970, les dispositifs effectivement utilisables et industrialisables à grande échelle ne sont pas encore disponibles. Parmi les dispositifs qu’il convient de développer et maîtriser, les sources de lumières capables de générer des photons à l’unité tiennent une place centrale. Une des principales difficultés rencontrées dans leur mise au point réside dans la nécessité d’atteindre une efficacité de collection de la lumière émise proche de l’unité. La solution généralement proposée consiste à maitriser leur environnement électromagnétique à l'aide de résonateurs optiques miniaturisés à l’échelle de la longueur d’onde. On peut ainsi bénéficier d'effets d’électrodynamique quantique, tel que l'effet Purcell, pour améliorer, par exemple, la dynamique et/ou la directivité d'émission des photons. La réalisation pratique de sources de photons n'a été rendue possible que par les progrès des nanotechnologies. L'utilisation de la technologie des semi-conducteurs est la voie prometteuse choisie dans ce travail, dans l'objectif de développer des composants miniaturisés et facilement intégrables, à la base d’une nouvelle génération de résonateurs optiques de taille ultime. Dans ce travail de thèse, nous proposons de développer une source de photons uniques utilisant des boites quantiques InAs -comme émetteurs uniques- incluses dans une membrane GaAs dans laquelle on réalise un résonateur optique consistant en une cavité à cristal photonique membranaire. On exploite la technologie des cristaux photoniques afin d’utiliser un unique mode optique résonant, dit mode de Bloch lent non dégénéré, opérant au-dessus de la ligne de lumière. On exploite diverses méthodes numériques pour la conception et la simulation du comportement électromagnétique des dispositifs. Nous effectuons ainsi une ingénierie fine de modes optiques permettant : (1) d'optimiser le facteur de Purcell dans une hétérostructure photonique(puits photonique analogue des puits quantiques électroniques). Nous montrons que le report de cette cavité sur un miroir de Bragg entraîne le doublement du taux de collection des photons, ainsi que de la dynamique d’émission; (2) de contrôler la directivité d'émission du mode pour améliorer l’efficacité d'extraction /collection des photons. Une étude détaillée de l’ingénierie du diagramme de rayonnement est présentée permettant d’appréhender la physique et de prévoir les caractéristiques10de l’émission du mode. Nous montrons, notamment, que la présence du miroir de Bragg peut fortement modifier la directivité d’émission. Les développements technologiques effectués en vue d'obtenir des résonateurs photoniques de hautes qualités sont également exposés. A la longueur d’onde d’émission de 900nm, choisie pour une adaptation optimale aux caractéristiques des détecteurs, la période du cristal photonique nécessaire est de l’ordre de quelques centaines de nm. Les outils et les paramètres de technologie de fabrication (par exemple, calibration de l’épaisseur du masque dur et des paramètres d’exposition de la résine par lithographie électronique) sont exposés en détail.
Download or read book Photonics of Quantum dot Nanomaterials and Devices written by Ortwin Hess and published by World Scientific. This book was released on 2012 with total page 182 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: 1. Introduction to photonic quantum dot nanomaterials and devices. 1.1. Physical properties of quantum dots. 1.2. Active semiconductor gain media. 1.3. Quantum dot lasers. 1.4. Laser cavities -- 2. Theory of quantum dot light-matter dynamics. 2.1. Rate equations. 2.2. Maxwell-Bloch equations. 2.3. Quantum luminescence equations. 2.4. Quantum theoretical description -- 3. Light meets matter I: microscopic carrier effect. 3.1. Dynamics in the active charge carrier plasma. 3.2. Dynamic level hole burning. 3.3. Ultrashort nonlinear gain and index dynamics. 3.4. Conclusion -- 4. Light meets matter II: mesoscopic space-time dynamics. 4.1. Introduction: transverse and longitudinal mode dynamics. 4.2. Influence of the transverse degree of freedom and nano-structuring on nearfield dynamics and spectra. 4.3. Longitudinal modes. 4.4. Coupled space-time dynamics. 4.5. Conclusion -- 5. Performance and characterisation: properties on large time and length scales. 5.1. Introduction. 5.2. Spatial and spectral beam quality. 5.3. Dynamic amplitude phase coupling. 5.4. Conclusion -- 6. Nonlinear pulse propagation in semiconductor quantum dot lasers. 6.1. Dynamic shaping of short optical pulses. 6.2. Nonlinear femtosecond dynamics. 6.3. Conclusion -- 7. High-speed dynamics. 7.1. Mode-locking in multi-section quantum dot lasers. 7.2. Dependence of pulse duration on injection current, bias voltage and device geometry. 7.3. Radio frequency spectra of the emitted light. 7.4. Short-pulse optimisation. 7.5. Conclusion -- 8. Quantum dot random lasers. 8.1. Spatially inhomogeneous semiconductor quantum dot ensembles. 8.2. Coherence properties. 8.3. Random lasing in semiconductor quantum dot ensembles. 8.4. Conclusion -- 9. Coherence properties of quantum dot micro-cavity lasers. 9.1. Introduction. 9.2. Radial signal propagation and coherence trapping. 9.3. Influence of disorder. 9.4. Conclusions
Download or read book Semiconductor Nanophotonics written by Michael Kneissl and published by Springer Nature. This book was released on 2020-03-10 with total page 572 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book provides a comprehensive overview of the state-of-the-art in the development of semiconductor nanostructures and nanophotonic devices. It covers epitaxial growth processes for GaAs- and GaN-based quantum dots and quantum wells, describes the fundamental optical, electronic, and vibronic properties of nanomaterials, and addresses the design and realization of various nanophotonic devices. These include energy-efficient and high-speed vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) and ultra-small metal-cavity nano-lasers for applications in multi-terabus systems; silicon photonic I/O engines based on the hybrid integration of VCSELs for highly efficient chip-to-chip communication; electrically driven quantum key systems based on q-bit and entangled photon emitters and their implementation in real information networks; and AlGaN-based deep UV laser diodes for applications in medical diagnostics, gas sensing, spectroscopy, and 3D printing. The experimental results are accompanied by reviews of theoretical models that describe nanophotonic devices and their base materials. The book details how optical transitions in the active materials, such as semiconductor quantum dots and quantum wells, can be described using a quantum approach to the dynamics of solid-state electrons under quantum confinement and their interaction with phonons, as well as their external pumping by electrical currents. With its broad and detailed scope, this book is indeed a cutting-edge resource for researchers, engineers and graduate-level students in the area of semiconductor materials, optoelectronic devices and photonic systems.
Download or read book Nano photonics in III V Semiconductors for Integrated Quantum Optical Circuits written by Nicholas Andrew Wasley and published by Springer Science & Business Media. This book was released on 2013-09-05 with total page 139 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This thesis breaks new ground in the physics of photonic circuits for quantum optical applications. The photonic circuits are based either on ridge waveguides or photonic crystals, with embedded quantum dots providing the single qubit, quantum optical emitters. The highlight of the thesis is the first demonstration of a spin-photon interface using an all-waveguide geometry, a vital component of a quantum optical circuit, based on deterministic single photon emission from a single quantum dot. The work makes a further important contribution to the field by demonstrating the effects and limitations that inevitable disorder places on photon propagation in photonic crystal waveguides, a further key component of quantum optical circuits. Overall the thesis offers a number of highly novel contributions to the field; those on chip circuits may prove to be the only means of scaling up the highly promising quantum-dot-based quantum information technology.
Download or read book Spectroscopie coh rente non lin aire de bo tes quantiques uniques dans des nanostructures photoniques written by Quentin Mermillod-Anselme and published by . This book was released on 2016 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La décohérence dans les solides est un problème majeur vers la réalisation d'un processeur quantique basé sur l'utilisation de boîtes quantiques (BQs) semiconductrices comme qubits optiquement actifs. Mesurer et contrôler la cohérence optique de tels qubits s'avère donc primordial, tant d'un point de vue technologique que fondamental. Cependant, leurs tailles nanométriques, associées aux temps de vie sub-nanosecondes de leurs transitions optiques, rendent les mesures expérimentales très délicates.Ce travail de thèse propose une étude détaillée des mécanismes de déphasage et de couplage cohérent de complexes excitoniques fortement confinés dans des BQs InAs/GaAs individuelles. Pour réaliser ces mesures, j'ai développé une expérience de mélange à quatre ondes hétérodyne sensible à l'amplitude et à la phase du champ électrique émis par une BQ unique. Ce dispositif permet de mesurer le temps de vie et de cohérence d'un exciton unique, même en présence d'élargissement inhomogène. Pour augmenter l'interaction lumière-matière et l'efficacité d'extraction du signal, l'utilisation de nanostructures photoniques s'est avérée indispensable. La sensibilité optique du dispositif m'a permis d'étudier en détail les mécanismes d'interaction exciton-phonon, source importante de décohérence dans les solides, comme la formation du polaron acoustique, le couplage quadratique aux phonons acoustiques, et le déphasage induit pendant l'excitation. Par ailleurs, la réalisation de spectres bidimensionnels m'a permis de révéler le couplage cohérent entre différentes transitions excitoniques. Enfin, je présente un nouveau protocole de mélange multi-ondes permettant de contrôler la réponse cohérente d'un exciton unique que je propose d'appliquer sur une paire de BQs pour contrôler le couplage radiatif longue distance, étape fondamentale vers la réalisation d'une porte logique quantique dans les solides.
Download or read book Nanoscale Photonics and Optoelectronics written by Zhiming M Wang and published by Springer Science & Business Media. This book was released on 2010-11-16 with total page 240 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: The intersection of nanostructured materials with photonics and electronics shows great potential for clinical diagnostics, sensors, ultrafast telecommunication devices, and a new generation of compact and fast computers. Nanophotonics draws upon cross-disciplinary expertise from physics, materials science, chemistry, electrical engineering, biology, and medicine to create novel technologies to meet a variety of challenges. This is the first book to focus on novel materials and techniques relevant to the burgeoning area of nanoscale photonics and optoelectronics, including novel-hybrid materials with multifunctional capabilities and recent advancements in the understanding of optical interactions in nanoscale materials and quantum-confined objects. Leading experts provide a fundamental understanding of photonics and the related science and technology of plasmonics, polaritons, quantum dots for nanophotonics, nanoscale field emitters, near-field optics, nanophotonic architecture, and nanobiophotonic materials.
Download or read book Progress in Nanophotonics 6 written by Takashi Yatsui and published by Springer Nature. This book was released on 2021-07-21 with total page 169 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book focuses on recent interconnected topics in nanophotonics written by scientists at the forefront of these fields. The book presents results of numerical investigations of light-matter interactions at the nanoscale and in the attosecond regime using first-principles calculations while also discussing recent experimental developments of higher-order harmonic generation for the field of attosecond science. In addition to this, the book reviews recent advances in select topical areas such as highly efficiency solid-state light sources based on nanophotonics, plasmonic photochemical water splitting for efficient energy harvesting, and optical spectroscopy of single-walled carbon nanotubes with quite rich physics for future application in photonics.
Download or read book Exotic States in Quantum Nanostructures written by Sarben Sarkar and published by Springer Science & Business Media. This book was released on 2013-11-11 with total page 320 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Mesoscopic physics has made great strides in the last few years. It is an area of research that is attractive to many graduate students of theoretical condensed matter physics. The techniques that are needed to understand it go beyond the conventional perturbative approaches that still form the bulk of the graduate lectures that are given to students. Even when the non-perturbative techniques are presented, they often are presented within an abstract context. It is important to have lectures given by experts in the field, which present both theory and experiment in an illuminating and inspiring way, so that the impact of new methodology on novel physics is clear. It is an apt time to have such a volume since the field has reached a level of maturity. The pedagogical nature of the articles and the variety of topics makes it an important resource for newcomers to the field. The topics range from the newly emerging area of quantum computers and quantum information using Josephson junctions to the formal mathematical methods of conformal field theory which are applied to the understanding of Luttinger liquids. Electrons which interact strongly can give rise to non-trivial ground states such as superconductivity, quantum Hall states and magnetism. Both their theory and application are discussed in a pedagogical way for quantum information in mesoscopic superconducting devices, skyrmions and magnetism in two dimensional electron gases, transport in quantum wires, metal-insulator transitions and spin electronics.
Download or read book Progress in Nanophotonics 4 written by Motoichi Ohtsu and published by Springer. This book was released on 2018-07-13 with total page 146 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book presents the recent progress in the field of nanophotonics. It contains review-like chapters focusing on various but mutually related topics in nanophotonics written by the world’s leading scientists. Following the elaboration of the idea of nanophotonics, much theoretical and experimental work has been carried out, and several novel photonic devices, high-resolution fabrication, highly efficient energy conversion, and novel information processing have been developed in these years. Novel theoretical models describing the nanometric light-matter interaction, nonequilibrium statistical mechanical models for photon breeding processes and near-field‐assisted chemical reactions as well as light‐matter interaction are also explained in this book. It describes dressed photon technology and its applications, including implementation of nanophotonic devices and systems, fabrication methods and performance characteristics of ultrathin, ultraflexible organic light‐emitting diodes, organic solar cells and organic transistors.
Download or read book Dressed Photons written by Motoichi Ohtsu and published by Springer. This book was released on 2016-08-23 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Authored by the developer of dressed photon science and technology as well as nanophotonics, this book outlines concepts of the subject using a novel theoretical framework that differs from conventional wave optics. It provides a quantum theoretical description of optical near fields and related problems that puts matter excitation such as electronic and vibrational ones on an equal footing with photons. By this description, optical near fields are interpreted as quasi-particles and named dressed photons which carry the material excitation energy in a nanometric space. The author then explores novel nanophotonic devices, fabrications, and energy conversion based on the theoretical picture of dressed photons. Further, this book looks at how the assembly of nanophotonic devices produces information and communication systems. Dressed photon science and technology is on its way to revolutionizing various applications in devices, fabrications, and systems. Promoting further exploration in the field, this book presents physically intuitive concepts, theories, and technical details for students, engineers, and scientists engaged in research and development in dressed photon science and technology as well as nanophotonics.
Download or read book Etude de nanostructures semiconductrices pour la photonique quantique written by Godefroy Leménager and published by . This book was released on 2012 with total page 168 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le travail résumé dans ce manuscrit est dédié à l'étude de différentes nanostructures semiconductrices : des microcavités et des micropiliers en régime de couplage fort et des nanocristaux émetteurs des photons uniques. Nous avons développé une méthode originale d'injection de polaritons reposant sur une absorption à deux photons. Après en avoir démontré l’efficacité dans des microcavités, nous avons étudié l'émission laser de micropiliers en régime femtoseconde. Ensuite, nous avons observé, à l'aide d'impulsions picosecondes, les relaxations des polaritons dans des micropiliers avec différents désaccords cavité-exciton. Cette technique pourrait se révéler très intéressante pour la mise en évidence du blocage de Coulomb de polariton, pour l'étude de fluides quantiques de polaritons ou encore pour la génération de photons THz à l'aide d'une microcavité. Dans la deuxième partie, nous avons étudié un nouveau type de nanocristaux avec un cœur sphérique et une coquille allongée en forme de bâtonnet. Nous avons démontré une modification de la structure électronique de nanobâtonnets en CdSe/CdS en fonction du diamètre du cœur. Pour des cœurs petits (d=2.7nm), les électrons sont délocalisés dans l'ensemble de la coquille, contrairement au cas des gros cœurs (d=4.2nm) où ils sont localisés. Nous avons montré qu'il est possible de contrôler les canaux radiatifs et non radiatifs de recombinaison en modifiant les dimensions de la coquille aboutissant à une forte réduction du clignotement. De plus, l'asymétrie de la structure confère à ces nanocristaux un dipôle linéaire permettant l'émission de photons uniques.
Download or read book Quantum Nano Photonics written by Baldassare Di Bartolo and published by Springer. This book was released on 2018-09-25 with total page 474 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book brings together more closely researchers working in the two fields of quantum optics and nano-optics and provides a general overview of the main topics of interest in applied and fundamental research. The contributions cover, for example, single-photon emitters and emitters of entangled photon pairs based on epitaxially grown semiconductor quantum dots, nitrogen vacancy centers in diamond as single-photon emitters, coupled quantum bits based on trapped ions, integrated waveguide superconducting nanowire single-photon detectors, quantum nano-plasmonics, nanosensing, quantum aspects of biophotonics and quantum metamaterials. The articles span the bridge from pedagogical introductions on the fundamental principles to the current state-of-the-art, and are authored by pioneers and leaders in the field. Numerical simulations are presented as a powerful tool to gain insight into the physical behavior of nanophotonic systems and provide a critical complement to experimental investigations and design of devices.
Download or read book Photonics and Quantum Structures written by Gazi A. Ahmad and published by . This book was released on 2012-01-30 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Discusses topics related to fabrication of nanoscale, quantum confined structures and their application depending on the nature of light-matter interaction. The book highlights systematic investigation of nanoscale optoelectronic and luminescent materials, conducting polymers, biofunctionalization, ferroelectric materials, and more.
Download or read book Progress in Nanophotonics 1 written by Motoichi Ohtsu and published by Springer. This book was released on 2013-10-30 with total page 238 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book focuses on the recent progress in nanophotonics technology to be used to develop novel nano-optical devices, fabrication technology, and security systems. It begins with a review of the concept of dressed photons and applications to devices, fabrication, and systems; principles and applications. Further topics include: DNA process for quantum dot chain, photon enhanced emission microscopy, near field spectroscopy of metallic nanostructure, self-organized fabrication of composite semiconductor quantum dots, formation of metallic nanostructure, and nanophotonic information systems with security. These topics are reviewed by seven leading scientists. This overview is a variable resource for engineers and scientists working in the field of nanophotonics.
Download or read book Progress in Nanophotonics written by Takashi Yatsui and published by . This book was released on 2018 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book presents important topics in nanophotonics in review-style chapters written by world leading scientists. The book sketches the history of dressed photon science and technology and explains why advanced theories of dressed photons are required. To meet this requirement, the recent results of theoretical studies and the theory of dressed photons are displayed by modifying the conventional electromagnetic theory. The classical theoretical model of spatiotemporal vortex dynamics is explained by treating the dressed photon as a space-like virtual photon. Also discussed in the book is the energy transfer of dressed photons, based on a quantum walk model and a quantum mechanical measurement process of dressed photons for connecting the nano- and macro-systems. Dressed photons are explained as quantum fields by characterizing them in momentum space.
Download or read book Control disorder for electromagnetic localization in plasmonic devices for nanophotonic application written by Thi phuong lien Ung and published by . This book was released on 2018 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les nanostructures métalliques permettent de confiner la lumière à des échelles sub-longueur d'onde grâce à l'excitation de plasmons de surface. Elles ouvrent la voie à de nombreuses applications que ce soit en imagerie, en élaboration de composants photoniques ou en information quantique. Cette thèse porte sur l'étude de nanostructures métalliques, semi-continues ou constituées par des réseaux de trous au désordre contrôlé, et à leur interaction avec des nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux particulièrement photostables. En associant plusieurs approches expérimentales complémentaires (spectroscopie en champ lointain, microscopie de champ proche optique, microscopie avec une sonde active de champ proche, caractérisation par microscopie confocale de l'émission de nanocristaux couplés aux surfaces métalliques), nous avons pu mettre en évidence les caractéristiques spécifiques des modes plasmons de ces différentes structures. Pour les réseaux au désordre contrôlé, nous avons en particulier analysé l'apparition progressive de modes localisés intenses et déterminé l'influence de paramètres tels que l'épaisseur de la couche d'or, le diamètre des trous ou la périodicité initiale du réseau. Les résultats expérimentaux obtenus se sont révélés en très bon accord avec les simulations numériques réalisées par FDTD.
Download or read book Transfert d information quantique et intrication sur r seaux photoniques written by Éric-Olivier Bossé and published by . This book was released on 2017 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les solutions analytiques de réseaux photoniques avec revitalisation fractionnelle (FR) et transfert parfait (PST) d'état quantique sont examinées dans ce mémoire. L'approche utilisée pour les concevoir, basée sur les polynômes orthogonaux, est soulignée. Un catalogue de modèles analytiques avec PST est offert et de nouveaux résultats sur leurs propriétés de FR sont également inclus. L'approximation d'interaction aux plus proches voisins est utilisée le plus souvent. Deux solutions analytiques avec des interactions aux deuxièmes voisins sont également présentées. Un chapitre d'introduction portant sur la description du modèle selon le point de vue d'une chaîne de spins ainsi que sur la dérivation du modèle dans les réseaux photoniques à partir des équations de Maxwell précèdent l'article. Le deuxième système avec interactions jusqu'aux deuxièmes voisins est présenté dans l'appendice.
