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Quantum optical effects in semiconductor microcavities

✍ Scribed by Elisabeth Giacobino; Jean-Philippe Karr; Gaëtan Messin; Hichem Eleuch; Augustin Baas


Book ID
104446342
Publisher
Elsevier Science
Year
2002
Tongue
English
Weight
171 KB
Volume
3
Category
Article
ISSN
1631-0705

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✦ Synopsis


Investigations of quantum effects in semiconductor quantum-well microcavities interacting with laser light in the strong-coupling regime are presented. Modifications of quantum fluctuations of the outgoing light are expected due to the non-linearity originating from coherent exciton-exciton scattering. In the strong-coupling regime, this scattering translates into a four-wave mixing interaction between the mixed exciton-photon states, the polaritons. Squeezing and giant amplification of the polariton field and of the outgoing light field fluctuations are predicted. However, polariton-phonon scattering is shown to yield excess noise in the output field, which may destroy the non-classical effects. Experiments demonstrate evidence for giant amplification due to coherent four-wave mixing of polaritons. Noise reduction below the thermal noise level was also observed. To cite this article: E. Giacobino et al., C. R. Physique 3 (2002) 41-52.  2002 Académie des sciences/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS semiconductor microcavities / strong coupling / squeezing / noise reduction / parametric amplification / four-wave mixing Optique quantique dans les microcavités semi-conductrices Résumé Cet article présente les recherches sur les effets quantiques dans les microcavités semiconductrices à puits quantiques interagissant avec un champ laser dans le régime de couplage fort. Les calculs montrent que les fluctuations quantiques du champ sortant doivent être modifiées à cause de la non-linéarité provenant de la diffusion cohérente entre excitons. En régime de couplage fort, cette interaction entre excitons se traduit en effet par un mélange à quatre ondes entre polaritons. Il en résulte une compression ou une amplification géante des fluctuations du champ de polaritons et du champ lumineux sortant. Cependant la diffusion phonon-polariton peut détruire les effets non classiques en ajoutant de l'excès de bruit aux fluctuations du champ sortant. Les expériences montrent l'amplification géante due au mélange à quatre ondes cohérent de polaritons. Une réduction du bruit au-dessous du niveau de bruit thermique a aussi été observée. Pour citer cet article : E. Giacobino et al., C. R. Physique 3 (2002) 41-52.  2002 Académie des sciences/Éditions scientifiques et médicales Elsevier SAS microcavités semi-conductrices / couplage fort / compression du bruit quantique / réduction du bruit / amplification paramétrique / mélange à quatre ondes


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## Abstract We report the observation of optical bistability in a semiconductor microcavity pumped at the “magic angle” above the parametric oscillation threshold. Experimental evidence is given in the form of a hysteresis cycle of the nonlinear emission as a function of the pump intensity. A model