Hintergrund
Bekannte Halbleiter-Lichtquellen emittieren Photonen infolge eines Emissionsprozesses in einer aktiven Schicht. Eine effiziente Anregung dieser Schicht stellt jedoch eine technische Herausforderung dar, insbesondere wenn elektrischer Betrieb mit resonanten Effekten für die Erzeugung von ununterscheidbaren einzelnen Photonen kombiniertwerden sollen.
Technische Beschreibung
Die vorliegende Erfindung adres-siert diese Herausforderung durch die Kombination einer ringförmigen Pumpsektion mit einer innerhalb dieser Struktur angeordneten inneren aktiven Schicht, wodurch eine resonante Kopplung der Pumpstrahlung ermöglicht wird. Mehr der erzeugten Photonen können tatsächlich genutzt werden, statt unkontrolliert verlorenzugehen. Duch die spezielle Resonatorstruktur wird die Wahr-scheinlichkeit erhöht, dass ein Photon genau dann erzeugt wird, wenn es benötigt wird. Da Pump- und Emitter-Bereiche auf einem gemeinsamen Halbleiterchip integriert sind, lässt sich die Technologie leichter miniaturisieren und in größere Systeme integrieren. Die neue Struktur erlaubt aktive Feinsteuerung der Anregungs- und Emissionswellenlänge und die Anzahl der Nutzphotonen pro Anregungsvorgang kann gesteigert werden.
Anwendungsmöglichkeiten
Aufgrund der möglichen monolithischen Integration ist die Technologie insbesondere für kompakte Halbleiter-Lichtquellen und integrierte photonische Plattformen geeignet, die auf kompakte, elektrisch betriebene Quellen einzelner Photononen aufbauen.
Photonen können gezielter, zuverlässiger, mit hoher Ununterscheidbarkeit und verlustärmer erzeugt und genutzt werden. Das macht sie besonders interessant für neue Technologien in der Quantenkommunikation, Quantenkryptographie und zukünftigen Quantencomputern, wo hohe Effizienz und Kontrolle über einzelne Photonen mit exzellenten Quanteneigenschaften entscheidend sind.
Schematische Darstellung der Architektur mit zentraler Emittersektion (Quantendot) und ringförmiger Pumpsektion für die resonante Anregung der Quantenpunkte zur elektrischen Erzeugung ununterscheidbarer Photonen. (© TUB/ChatGPTEdu)
