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Type: Tese de Doutorado
Title: Bi-estabilidade óptica & condensação de Bose-Einstein de polaritons
Authors: Eduardo Adriano Cotta
First Advisor: Franklin Massami Matinaga
First Referee: Maria Carolina Nemes
Second Referee: Paulo Sérgio Soares Guimarães
Third Referee: Rodrigo Barbosa Capaz
metadata.dc.contributor.referee4: F. Likawa
Abstract: Efeitos da Bi-estabilidade Óptica (OB) estão intrinsecamente ligados a não-linearidade do meio de ganho. Em microcavidades, a presença deste comportamento é proporcionada pelo efeito Kerr provocado não pela densidade de fótons confinados na cavidade, mas devido à densidade de polaritons gerados ressonantemente sob regime de acoplamento forte. A amostra em análise é esfriada a 10K por um criostato a "dedo frio" e corresponde a uma microcavidade formada por espelhos DBR (AlAs/Al0,2Ga0.8As) separadas por uma camada espaçadora (Al0.3Ga0,7As) contendo um poço quântico de GaAs como de 100Å como meio de ganho. Nossos resultados experimentais mostram um cruzamento das curvas de OB (contendo um ou dois pontos de intersecção) sob certas condições de excitação. Apresentamos um modelo no qual descrevemos este comportamento, onde os cálculos mostram uma competição entre o efeito Kerr proporcionado pela população de polaritons e efeitos térmicos proporcionados pelo processo de excitação. Este comportamento se deve ao fato de que a variação do índice de refração possui sinais opostos para cada caso. Foram registradas regiões de instabilidade com a formação de oscilações espontâneas da cavidade (auto-oscilações), mesmo quando excitada em modo contínuo "cw". As oscilações apresentam-se na forma de trem de pulsos que podem durar desde alguns poucos a centenas de milisegundos. Estas oscilações apresentam variações na sua forma de onda indicando transições para o caos. O comportamento periódico dos pulsos que compõem o pacote possui um período médio de aproximadamente 80ms. Apresentamos um modelo baseado nos dados experimentais que indica a coexistência de um estado laser não-linear de auto-modulação de fase. Dessa forma, as auto-oscilações resultariam da superposição destes estados formando um padrão de interferência do campo total emitido pela cavidade. Isto evidenciaria a existência de um condensado de polaritons na microcavidade.
Abstract: Optical bistability e®ects (OB) are intrinsically related to the gain media non-linearities. In microcavities, this behavior is due to Kerr effect proportionate by polariton number, generated resonantly in strong -coupling regime, instead of the photon number. The sample was held in a cold-finger cryostat at a temperature of 10K and is constituted bytwo DBR mirrors (Al As / Al 0.2Ga 0.8 As) separated by a space fill (Al 0.3 Ga 0.7 As) containing a GaAs single quantum well of 100ºA as a gain media. Our experimental results indicate a crossing in the OB curves (with a single or double crossings) in a given excitation conditions. We present a quantitative model which is described this behavior, where is identified a competition between the Kerr (proportionate by the high polariton population) and thermal effects (proportionate by the excitation process). In order, this fact occurs due to the changes in the refractive index with opposite signal in each case. Unstable regions were experimentally registered although of cavity spontaneous oscillations (self-oscillations), same when excited in continuous mode "cw". These oscillations present different waveforms, indicating a chaos transition. In a periodic regime, the period average is cavity detuning dependent, and have approximately 80¹s. We present a model basing in the experimental results, indicating the coexistence of a laser state and a condensate state of polaritons, in which the first would be under self-phase modulation effect. Thus, the self-oscillations would be the result of the superposition of these states, leading an interference pattern of the total field emitted by the cavity. This would indicate the existence of a polariton condensate in the microcavity. These two non-linear phenomena (the crossings of the OB curves and the self-oscillations), discussed in this work, were observed for the first time by our group, showing the complexity dynamics of the trapped polaritons and a novel way to characterize the formation of condensate states in microcavities.
Subject: Sistemas ópticos
Cavidade óptica
Poços quanticos
Microcavidade semicondutora
Física
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/ESCZ-7N4G9R
Issue Date: 16-May-2008
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