Applicazioni Fotonica 2: Emissione

Slow light Negative v g Strong dispersion

Emissione spontanea Regola aurea Fermi Campo quantizzato Stati coinvolti

Emissione spontanea Sostituendo

Densità di stati fotonici nel vuoto Volume in k-space per state Volume in k-space occupied by states with frequency less than  Number of photon states in this volume Density of states with frequency (  +d  ) per unit volume

Emissione spontanea in vuoto Sostituendo

Densità di stati fotonici PhC Volume in k-space per state Volume in k-space occupied by states with frequency less than  Number of photon states in this volume Density of states with frequency (  +d  ) per unit volume

Homogeneous medium Densità di stati fotonici in mezzi isotropi

Very small DOS Perfect PhC Densità di stati fotonici PhC

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

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

aa=300 nm, d=90 nm d Microcavity on slab

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

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

Effetto Purcell In cavità Nel vuoto Fattore di Purcell rispetto al vuoto Confronto

Effetto Purcell in dielettrici Fattore di Purcell nei dielettrici Fattore di Purcell rispetto al vuoto

Buone approssimazioni di cavità 3D 0

Emittitore a semiconduttore Quantum Dots

E1E1 E2E2

Density of states Atomic-like spectrum

E1E1 E2E2 Quantum Dots Barriere infinite Quantum Dot cubico

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

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

Quantum dots SK AFM TEM

Quantum dots Colloidali

d=10 nmV=1000 nm 3 N=64000 atomi d p s

Misura di PL su molti QDs Atomic-like spectrum

Allargamento inomogeneo QD di taglia diversa hanno differenti energia di emissione

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

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

Emissione spontanea in PhC

PBG MC PBG MC Without PhC Purcell effect in PhC MCs systems

Cavità a cristallo fotonico su slab con alto Q e piccolo V C Strong coupling if g>  g/  ~Q/V C

Diagramma a bande 2D

Diagramma a bande 2D + cono di luce

Diagramma a bande slab Confinamento 2D nel PBG e 1D da index guiding

Diagramma a bande slab Stato di difetto che ha perdite soprattutto nel cono di luce

Bloch theorem in PhC Mode in the n-th band Envelop function Mode in the defect

Fourier spectrum Mode in defect