Study of the Quantum Efficiency of Semiconductor Quantum Dot Pulsed Micro-Laser

Subject Areas : Journal of Optoelectronical Nanostructures

Mohammad Reza Mohebbifar ¹

1 - Department of Physics, Faculty of Science, Malayer University, Malayer, Iran

Received: 2020-09-23 Accepted : 2021-04-03 Published : 2021-01-01

Keywords: Quantum Efficiency, Micro-Laser, Quantum Dot, Micro-Cavity, Energy Eigenvalues,

Abstract :

تعامل میدان الکترومغناطیسی حفره با انتشار دهنده دو سطح
توسط الکترودینامیک کوانتوم حفره (CQED) توصیف می شود. میکرو لیزر پالسی
آرایه ای از نقاط کوانتومی نیمه هادی (QD) است که در یک میکرو حفره نوری تعبیه شده است. این
یکی از ابزارهای اساسی فناوری اطلاعات کوانتومی است. در این مطالعه ،
تغییرات مقادیر ویژه انرژی و راندمان کوانتومی یک سیستم میکرو لیزر شامل
QD با سرعت پوسیدگی 0.8μeV جاسازی شده در میکرو حفره های مختلف است ، مورد
بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که با افزایش میزان تعامل منسجم
سیستم میکرو لیزر ، تغییرات مقادیر ویژه انرژی این سیستم نوری همچنین میزان پوسیدگی ریز حفره کوچک را نشان می دهد ، بازده کوانتومی بالاتر در کوچکتر
افزایش یابد. کارایی کوانتوم برای این سیستم نانو نوری مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج

سرعت تعامل منسجم نشان می دهد. سپس ،
برای دستیابی به حداکثر بازده کوانتومی ، مقدار بهینه میزان پوسیدگی ریز حفره به دست آمد. نتایج محاسبه
نشان داد که بالاترین بازده کوانتومی برای پارامترهای نوری γa = 0.8μeV ،
g = 95μeV ، γc = 177.7μeV و ηmax = 0.991 رخ می دهد.

References:

[1] C. Kurtsiefer, S. Mayer, P. Zarda and H. Weinfurter, Stable solid-state source of single photons, Phys. Rev. Lett. 85 (290) (2000).
[2] F. Diedrich and H. Walther, Nonclassical radiation of single stored ion, Phys. Rev. Lett. 58 (203) (1987).
[3] T. Basche, W. E. Moerner, M. Orrit and H. Talon, Photon antibunching in the fluorescence of a single dye molecule trapped in a solid, Phys. Rev. Lett. 69 (1516) (1992).
[4] P. Michler, A. Imamoglu, M. D. Mason, P. J. Carson, G. F. Strouse and S. K. Buratto, Quantum correlation among photons from a single quantum dot at room temperature, Nature, 406 (968) (2000).
Study of the Quantum Efficiency of Semiconductor Quantum Dot Pulsed Micro-Laser * 67
[5] C. Santori, M. Pelton, G. Solomon, Y. Dale, and Y. Yamamoto, Triggered single photons from a quantum dot, Phys. Rev. Lett. 86 (1502) (2001).
[6] Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie, and M. Pepper, Electrically driven single-photon source, Science 295 (102) (2002).
[7] F. hakimian, M. R. Shayesteh, M. R. Moslemi, Proposal for Modeling of FWM Efficiency of QD-SOA Based on the Pump/Probe Measurement Technique, journal of optoelectronical nanostructures 5 (4) (2020) 49-66.
[8] F. hakimian, M. R. Shayesteh, M. R. Moslemi, A Proposal for a New Method of Modeling of the Quantum Dot Semiconductor Optical Amplifiers, journal of optoelectronical nanostructures 4 (3) (2019) 1-16.
[9] R. Pourtajabadi, M. Nayeri, A Novel Design of a Multi-layer 2:4 Decoder using Quantum- Dot Cellular Automata, journal of optoelectronical nanostructures 4 (1) (2019) 39-50.
[10] H. Bahramiyan, S. Bagheri, Linear and nonlinear optical properties of a modified Gaussian quantum dot: pressure, temperature and impurity effect, journal of optoelectronical nanostructures 3 (3) (2018) 79-100.
[11] M. R. Mohebbifar, M. Zohrabi, Influence of Grating Parameters on the Field Enhancement of an Optical Antenna under Laser Irradiation, journal of optoelectronical nanostructures 4 (4) (2019) 65-80.
[12] U. Badilli, F. Mollarasouli, N. K. Bakirhan, Y. Ozkan, S. A. Ozkan, Role of quantum dots in pharmaceutical and biomedical analysis, and its application in drug delivery, Trends Analyt Chem, 131( 2020) 116013
[13] H. Saljoughi, F. Khakbaz, M. Mahani, Synthesis of folic acid conjugated photoluminescent carbon quantum dots with ultrahigh quantum yield for targeted cancer cell fluorescence imaging, Photodiagnosis Photodyn Ther, 30 (2020) 101687.
[14] A. Das, S. R. Mondal, G. Palai, Realization of graphene based quantum dot solar cell through the principle of photonics, Optik, 221 (2020) 165283.
[15] S. Manivannan, K. Ponnuchamy, Quantum dots as a promising agent to combat COVID‐19, Appl Organomet Chem. , 34 (10) (2020).
[16] D.J. Mowbray, M.S. Skolnick, New physics and devices based on self-assembled semiconductor quantum dots, J. Phys. D Appl. Phys. 38 (2005) 2059
68 * Journal of Optoelectronical Nanostructures Winter 2021 / Vol. 6, No. 1
[17] X. Ding, Y. He, Z.-C. Duan, N. Gregersen, M.-C. Chen, S. Unsleber, S. Maier, Ch. Schneider, M. Kamp, S. Höfling, Chao-Yang Lu, Jian-Wei Pan, On-demand single photons with high extraction efficiency and near-unity indistinguishability from a resonantly driven quantum dot in a micropillar, Phys. Rev. Lett., 116 (2016) 020401.
[18] S. Y. Kilin and T. B. Karlovich, Single-atom laser: coherent and nonclassical effects in the regime of a strong atom-field correlation, J. Exp. & Theo. Phys. 95, (2002) 805
[19] P. Munnelly, T. Heindel, M. M. Karow, S. Hofling, M. Kamp, Ch. Schneider, S. Reitzenstein, A Pulsed Nonclassical Light Source Driven by an Integrated Electrically Triggered Quantum Dot Micro-laser, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, 21 (6) (2015)
[20] S. Kreinberg, T. Grbešić, M. Strauß, A. Carmele, M. Emmerling, Ch. Schneider, S. Höfling, X. Porte, S. Reitzenstein, Quantum-optical spectroscopy of a two-level system using an electrically driven micro-pillar laser as a resonant excitation source, Light: Science & Applications 7(41) (2018)
[21] S. M. Ulrich, C. Gies, S. Ates, J. Wiersig, S. Reitzenstein, C. Hofmann, A. Löffler, A. Forchel, F. Jahnke, and P. Michler, Photon Statistics of Semiconductor Microcavity Lasers, Phys. Rev. Lett., 98 (2007) 043906-4
[22] C. H. Bennet, G. Brassard and A. Eckert, Quantum cryptography, Sci. Am. 267(4) (1992) 50.
[23] E. Knill, R. Laflamme and G. J. Milburn, A scheme for efficient quantum computation with linear optics, Nature, 409 (46) (2001).
[24] L. A. Coldren, What is a diode laser oscillator?, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.19 (2013) 1503503
[25] S. Strauf, K. Hennessy, M. T. Rakher, Y.-S. Choi, A. Badolato, L. C. Andreani, E. L. Hu, P. M. Petroff, and D. Bouwmeester, Self-Tuned Quantum Dot Gain in Photonic Crystal Lasers, Phys. Rev. Lett. 96 (2006) 127404
[26] M. Lermer, N. Gregersen, F. Dunzer, S. Reitzenstein, S. Höfling, J. Mørk, L. Worschech, M. Kamp, and A. Forchel, Bloch-Wave Engineering of Quantum Dot Micropillars for Cavity Quantum Electrodynamics Experiments, Phys Rev Lett 108 (2012) 057402-4
[27] M. Scheibner, T. Schmidt, L. Worschech, A. Forchel, G. Bacher, T. Passow, D. Hommel, Superradiance of quantum dots, Nat. Phys. 3 (2007) 106-110
Study of the Quantum Efficiency of Semiconductor Quantum Dot Pulsed Micro-Laser * 69
[28] G. Cui, M. G. Raymer, Quantum efficiency of single-photon sources in the cavity-QED strong-coupling regime, Opt. Express 13 (2005) 9660