Coherence and polarization of polariton condensates created in the optical parametric oscillation regime
- Autores: Jorge Cuadra Véliz
- Directores de la Tesis: Luis Viña (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2014
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel Calleja Pardo (presid.), Francisco J. García Vidal (secret.), Marek Potemski (voc.), Fernando Calle Gómez (voc.), Rüdiger Schmidt Grund (voc.)
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- Resumen
Conclusiones generales En esta tesis hemos investigado condensados de polaritones creados en la configuración de excitación de oscilador paramétrico óptico (OPO). En el Capítulo 3 se han estudiado sus propiedades de coherencia, mientras que en el Capítulo 4 se han abordado sus propiedades de polarización.
Las medidas de la función de correlación de primer orden (g(1)) han mostrado la posibilidad de obtener tiempos de coherencia muy largos y coherencia espacial macroscópica, incluso cuando los polaritones tienen tiempos de vida del orden de ¿2 ps. Se han obtenido tiempos de coherencia del orden de ¿3 ns, los más largos reportados en microcavidades. Este resultado experimental se consiguió a través de dos procedimientos: aumentando el tamaño del haz de excitación y manteniendo su densidad de potencia constante o manteniendo fijo el tamaño del haz y aumentando su potencia de bombeo. El principal efecto de los dos métodos es aumentar el número de partículas condensadas, provocando que el condensado entre en un régimen de estrechamiento debido al movimiento (¿motional narrowing¿).
Además, se ha demostrado la aparición de coherencia espacial espontánea siguiendo la propuesta teórica de Carusotto y Ciuti [58], donde el umbral de condensación se define en función de la energía de excitación del láser.
Se han observado diferentes regímenes del estado de los polaritones que dependen de la potencia de bombeo: ¿ Cuando ésta se encuentra bajo la potencia umbral de condensación, en el que la coherencia espacial y la coherencia temporal han mostrado un decaimiento rápido. La coherencia espacial decae en el rango de la longitud de onda de de Broglie de los polaritones, mientras que la coherencia temporal es del orden de ¿7 ps, con un marcado 103 104 CHAPTER 5. GENERAL CONCLUSIONS decaimiento exponencial.
¿ Cuando la potencia de bombeo tiene un valor justo por encima de la potencia umbral.
En este caso las coherencias temporal y espacial muestran un incremento del decaimiento característico: la coherencia temporal decae en el rango de los ¿80 ps, y la coherencia espacial incrementa 3 veces con respecto al caso anterior.
¿ Por último, cuando la potencia de bombeo excita muy por encima del valor de la potencia umbral para la condensación de polaritones. Éste adquiere propiedades notables como una coherencia espacial plana (únicamente limitada por el tamaño del haz de bombeo) y una coherencia temporal del orden de ¿3 ns.
Por otra parte, se ha mostrado que los defectos en los espejos de Bragg de la microcavidad pueden generar estados localizados donde los polaritones quedan condensados y atrapados por ellos. Bajo condiciones apropiadas de ajuste de fase se puede crear un condensado 1D aislado (sin condensación en la región 2D) o un condensado extendido a un sistema 2D-1D. En el caso del condensado 1D aislado, se ha encontrado que la coherencia decae rápidamente en distancias mucho más pequeñas que el tamaño del haz de excitación. También se ha obtenido que el tiempo de coherencia es un orden de magnitud más pequeño que el correspondiente al condensado en la región 2D en la misma zona de la muestra. Este comportamiento refleja la importancia de las fluctuaciones cuando la dimensionalidad se reduce. Adicionalmente, el desorden que presenta el sistema 1D, comparado con el sistema 2D, es responsable de la degradación de la coherencia en un condensado confinado en un defecto.
Finalmente se detallan los resultados obtenidos en la investigación de las propiedades de polarización del condensado en los sistemas 2D-1D. El condensado bidimensional muestra una emisión linealmente polarizada y rotada ¿90º con respecto a la polarización lineal del haz de excitación. También se observa una oscilación sinusoidal con un periodo T = ¿ en función del ángulo de orientación del plano de polarización lineal del láser. Por otro lado, el condensado 1D presenta un comportamiento significativamente diferente: ¿ Cuando el plano de polarización del láser está alineado perpendicularmente al eje longitudinal del defecto, la emisión linealmente polarizada del defecto está alineada con el plano de polarización del láser.
105 ¿ Por otra parte, cuando el plano de polarización de la excitación está alineado paralelamente al eje longitudinal del defecto, la emisión polarizada del condensado 1D está invertida ¿90º con respecto al plano de polarización del láser.
¿ En el caso intermedio en el que el plano de polarización de la excitación yace a lo largo de cualquiera de las direcciones diagonales con respecto al eje del defecto, la emisión polarizada se orienta a lo largo del eje del mismo.
Este comportamiento se ha explicado teóricamente con las simulaciones realizadas por el grupo de investigación del Prof. G. Malpuech, considerando que la emisión polarizada es el resultado de dos efectos: una precesión debida a la presencia de un campo magnético efectivo, inducido por la separación TE-TM, y la diferencia en la tasa de "scattering" hacia los distintos estados polarizados presentes en el sistema 1D, dicha tasa queda determinada por las integrales de solapamiento entre estados localizados en la trampa 1D y la propagación extendida de los estados de bombeo y ocioso (¿idler¿).
