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| - Ein Polariton-Laser stellt eine Form von Laser dar, der die kohärente Natur eines Bose-Kondensats von Exziton-Polaritonen ausnutzt, um einen besonders energieeffizienten Laserbetrieb zu erzielen. Das Konzept dahinter wurde bereits 1996 von Atac Imamoglu et al. erläutert und basiert auf einem der Bose-Einstein-Kondensation von Atomen sehr eng verwandten Effekt: Durch stimulierte Streuung wird eine große Zahl von bosonischen Teilchen (hier Polaritonen) in einem makroskopisch besetzten Quantenzustand gesammelt, dem sogenannten Kondensat. Das Kondensat von Polaritonen erzeugt letztlich kohärente Emission von Licht. Aufgrund dieser zu konventionellen Lasern sehr verschiedenen Funktionsweise ermöglicht der Polariton-Laser die Realisierung von Bauteilen mit einer deutlich reduzierten Leistungsauf (de)
- A polariton laser is a novel type of laser source that exploits the coherent nature of Bose condensates of exciton-polaritons in semiconductors to achieve ultra-low threshold lasing. In 1996, Imamoglu et al. proposed such a novel type of coherent light source and explained the concept based on an effect closely related to Bose–Einstein condensation of atoms: A large number of bosonic particles (here: polaritons) form a condensate in a macroscopically occupied quantum state via stimulated scattering. The condensate of polaritons finally provides coherent emission of light. Thus, it is a coherent light source that owns a different working mechanism compared to conventional laser devices. Owing to its principle, a polariton-laser promises a more energy-efficient laser operation. The typical s (en)
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| - Ein Polariton-Laser stellt eine Form von Laser dar, der die kohärente Natur eines Bose-Kondensats von Exziton-Polaritonen ausnutzt, um einen besonders energieeffizienten Laserbetrieb zu erzielen. Das Konzept dahinter wurde bereits 1996 von Atac Imamoglu et al. erläutert und basiert auf einem der Bose-Einstein-Kondensation von Atomen sehr eng verwandten Effekt: Durch stimulierte Streuung wird eine große Zahl von bosonischen Teilchen (hier Polaritonen) in einem makroskopisch besetzten Quantenzustand gesammelt, dem sogenannten Kondensat. Das Kondensat von Polaritonen erzeugt letztlich kohärente Emission von Licht. Aufgrund dieser zu konventionellen Lasern sehr verschiedenen Funktionsweise ermöglicht der Polariton-Laser die Realisierung von Bauteilen mit einer deutlich reduzierten Leistungsaufnahme. Die typische Halbleiterstruktur für einen solchen Laser besteht dabei aus einer optischen , die umgeben ist von Bragg-Spiegeln. Eine frühe Demonstration polaritonischen Lasings und der Vergleich zum regulären Laser gelang H. Deng et al. unter optischer Anregung bereits 2003 an der Stanford-Universität (Polariton-Kondensation wurde später im Jahr 2006 von Kasprzak et al. auch vollständig mit Bose-Einstein-Kondensation in Verbindung gebracht). Die für den praktischen Nutzen von polaritonischen Lichtquellen entscheidende, erstmalige experimentelle Demonstration eines Polariton-Lasers unter elektrischer Anregung ist schließlich einem Forscherteam der Universität Würzburg mit ihren internationalen Kooperationspartnern gelungen. Insbesondere die Unterscheidung eines Polariton-Lasers vom konventionellen (Photonen-)Laser gestaltet sich als schwierig, da die Emissionscharakteristika sehr ähnlich sind. Der Schlüssel liegt in der Materiekomponente des Polaritons, das sensibel auf ein Magnetfeld reagiert. Die Untersuchungen, die das Team in Würzburg seit der Idee zur Realisierung eines elektrischen Bauteils im Jahr 2007 nach wenigen Jahren in Kooperation mit internationalen Partnern in den USA, in Japan, Russland, Singapur, Island und Deutschland zu den gewünschten Effekten brachten, wurden schließlich um ein bedeutendes Experiment im Magnetfeld ergänzt: Dadurch konnte der Materieanteil der Emissionsmode im Polariton-Laserbetrieb eindeutig verifiziert werden, was zur erstmaligen experimentellen Demonstration eines Polariton-Lasers durch C. Schneider und A. Rahimi-Iman gemeinsam mit ihren Koautoren im Forscherteam von S. Höfling führte (veröffentlicht in Nature im Mai 2013). (de)
- A polariton laser is a novel type of laser source that exploits the coherent nature of Bose condensates of exciton-polaritons in semiconductors to achieve ultra-low threshold lasing. In 1996, Imamoglu et al. proposed such a novel type of coherent light source and explained the concept based on an effect closely related to Bose–Einstein condensation of atoms: A large number of bosonic particles (here: polaritons) form a condensate in a macroscopically occupied quantum state via stimulated scattering. The condensate of polaritons finally provides coherent emission of light. Thus, it is a coherent light source that owns a different working mechanism compared to conventional laser devices. Owing to its principle, a polariton-laser promises a more energy-efficient laser operation. The typical semiconductor structure for such a laser consists of an optical microcavity placed between distributed Bragg reflectors. An early demonstration of polaritonic lasing and a comparison to conventional lasing was achieved in 2003 by H. Deng et al. at Stanford University under optical excitation (Polaritonic condensation was later fully linked to dynamical Bose–Einstein condensation in 2006 by Kasprzak et al.). However, electrical pumping of a polariton laser—crucial for a practical use of polaritonic light sources—was not demonstrated until 2013 when the first and unambiguous demonstration of an electrically pumped polariton-laser was presented by a team of researchers from the University of Michigan and by a team from University of Würzburg together with their international partners using the similar techniques. At this stage, the electrically driven device operates at very low temperatures around 10 K and needs a magnetic field applied in the Faraday geometry. In 2007, even room temperature operation of an optically pumped polariton laser was demonstrated, promising the development of future electrically pumped polariton lasers for room temperature application. It is important, and challenging, to distinguish polaritonic lasing from conventional (photonic) lasing, owing to the similar emission characteristics. A crucial element of the success by both teams lies in the hybrid nature of polaritons whose matter component (excitons) exhibits a sensitive response to an external magnetic field. The Michigan team led by Pallab Bhattacharya used a combination of modulation doping of the quantum wells in the active region, to enhance polariton-electron scattering, and an external magnetic field to enhance the polariton-phonon scattering and the exciton -polariton saturation density. With these measures they achieved a comparably low polariton lasing threshold of 12 A/cm2 (published in Physical Review Letters in May 2013). The investigations performed by the team in Würzburg, having started with the idea of engineering an electrical device in 2007, led to the desired effect after a few years in cooperation with their international partners from the U.S., Japan, Russia, Singapore, Iceland and Germany. Finally, their studies were complemented by a crucial experiment in a magnetic field: an unambiguous verification of the emission-mode's matter component in the polaritonic laser regime was given, yielding a first-time experimental demonstration of an electrically pumped polariton laser by C. Schneider, A. Rahimi-Iman and co-authors in the team of S. Höfling (published in Nature in May 2013). On June 5, 2014, Bhattacharya's team succeeded in creating what's believed to be the first polariton laser that is fueled by electric current as opposed to light, and also works at room temperature, rather than far below zero. (en)
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