Promotionsvortrag von Carolin Lüders

Für die Quantentechnologie sind hybride Systeme gefragt, die verschiedene physikalische Systeme verbinden, z.B. ein Materiesystem zur Informationsverarbeitung und Licht zur Kommunikation. Für die Verbindung zwischen Halbleitern und Licht erforscht die Halbleiter-Quantenoptik, wie Licht den Quantenzustand des Halbleiters beeinflusst und wie der Zustand des Halbleiters über das emittierte Licht gemessen werden kann. Zur Messung des Quantenzustands von Licht wird in der Quantenoptik die vielseitige Methode der optischen Homodyn-Tomographie (OHT) verwendet. Ihre Anwendung auf die Emission von Halbleitern wird jedoch häufig durch das Fehlen einer festen Phasenreferenz für nicht-resonante Lumineszenz und durch die schnellen Zeitskalen des Systems verhindert. Diese Herausforderungen werden in dieser Arbeit angegangen. Wir stellen die Anwendung von OHT auf Halbleiterlumineszenz ohne feste Phasenreferenz vor, um die Kohärenz-Eigenschaften und den Quantenzustand zu untersuchen. Dabei ermöglichen ein gepulster Lokaloszillator und schnelle Detektoren eine hohe Zeitauflösung. Als Testumgebung für die Methode untersuchen wir die Emission eines Exziton-Polariton-Kondensats in einer GaAs-Mikrokavität. Konkret zeigt diese Arbeit, welche Informationen durch die Verwendung von einem, zwei und drei Homodyn-Detektionskanälen gewonnen werden können. Mit einem Kanal wird die Photonenkorrelationsfunktion zweiter Ordnung g(2)(0) gemessen, mit zwei Kanälen messen wir die phasengemittelte Husimi-Funktion und quantifizieren den Grad der Quantenkohärenz im Polaritonensystem, und mit drei Kanälen rekonstruieren wir die regularisierte P-Funktion abhängig von postselektierten Anfangsbedingungen und verfolgen den zeitlichen Zerfall der Quantenkohärenz.