17 feb. 1999
2 minuten
Wetenschappers van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT, Stichting FOM en het Institute for Nanoscience and Cryogenics in Frankrijk hebben aangetoond dat ze lichtbronnen die normaliter op onvoorspelbare momenten licht uitzenden, kunnen dwingen op een gewenst tijdstip een ultrakorte lichtpuls uit te zenden. Hun theoretische resultaten zijn gepubliceerd in Optics Express.
Een elementaire lichtbron – zoals een geëxciteerde atoom of molecuul – zendt normaal gesproken licht uit op onvoorspelbare momenten. Deze spontane emissie van licht is een fundamenteel proces met toepassingen in bijvoorbeeld led’s en lasers. Voor andere toepassingen is het echter wenselijk om fotonen (licht) precies op specifieke momenten te ontvangen, met een zo klein mogelijke marge. Deze eigenschap is bijvoorbeeld cruciaal voor veilige communicatie op basis van kwantumcryptografie. Daarom is een belangrijk onderzoeksdoel een kwantumlichtbron te maken die op een gewenst moment een enkel foton uitzendt.
Schakelen van lichtemissie
De gemiddelde emissietijd van kwantumlichtbronnen kan worden verkort door ze in nanostructuren te plaatsen, zoals optische resonatoren of golfgeleiders. De kleinste onzekerheid in de emissietijd is dan beperkt door het type nanostructuur dat wordt gebruikt en verschillen in de voorbereidingstijd van de emitter.
Het Nederlands-Franse team stelt voor deze beperkingen te overwinnen door de lengte van de resonator waarin de lichtbron zich bevindt snel om te schakelen. De tijdsduur van het schakelen zal veel korter moeten zijn dan de gemiddelde emissietijd. In dat geval zal de voorkeurskleur van de resonator maar gedurende een korte tijd overeenkomen met de emissiekleur van de lichtbron. Alleen binnen dat tijdsbestek worden de fotonen door de lichtbron in de resonator gezonden.
Ultrasnelle lichtbron
De onderzoekers wil kwantumdot-lichtbronnen gebruiken voor dit ontwerp. Kwantumdots kunnen gemakkelijk geplaatst worden in resonatoren die slechts micrometers groot zijn. De resonator zal vervolgens schakelen wanneer er een ultrakorte laserpuls op schijnt tijdens de emissietijd van de quantum dots. De puls verandert kort de lichtbreking in de resonator en daarmee de effectieve resonatorlengte. De schakeltijd is afhankelijk van het moment dat de ultrakorte laserpuls aankomt en de levensduur van de geëxciteerde elektronen.
Deze beheersbare lichtschakelaars kunnen worden gebruikt om lichtbronnen voor snelle stroboscopen te maken. Daarnaast kunnen ze worden gebruikt in kwantumcryptografie en voor het bestuderen van ultrasnelle kwantumelektrodynamica in trilholtes.
Het onderzoek is uitgevoerd door FOM-postdoc dr. Henri Thyrrestrup, dr. Alex Hartsuiker en FOM-werkgroepleider prof.dr. Willem L. Vos van de afdeling Complex Photonic Systems (COPS) van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente, in samenwerking met prof.dr. Jean-Michel Gérard van het Institute for Nanoscience and Cryogeny in Grenoble, Frankrijk.
‘Non-exponential spontaneous emission dynamics for emitters in a time-dependent optical cavity’ , door Henri Thyrrestrup, Alex Hartsuiker, Jean-Michel Gérard, and Willem L. Vos.
Anderen lazen ook
