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dc.contributor.advisorKnorr, Andreas-
dc.contributor.authorChatraee Azizabadi, Shahabedin-
dc.date.accessioned2018-01-11T14:06:01Z-
dc.date.available2018-01-11T14:06:01Z-
dc.date.issued2017-
dc.identifier.urihttps://depositonce.tu-berlin.de//handle/11303/7326-
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.14279/depositonce-6599-
dc.description.abstractWe propose a possibility to study the quantum light excitation of atomic systems. To confine our study, we limit the configuration to two and four level emitters as target systems. Source and target are coupled via unidirectional waveguide. We numerically implement the cascaded formalism and use the source-target approach. Herein, we focus on continuous excitation scenarios where the source system is excited by continuous incoherent or coherent pumping. We demonstrate that, to a certain extent, one can control the target system's photon statistics via the source system pumping mechanism. Additionally, different coupling regimes in both cavities can change the output of the target system. In addition, we show that via tuning the cavity’s parameters one can produce an exotic type of quasi-probability distributions, a flat Fock state distributions. We also discuss the different obtained photon statistics for different coupling regimes. The used quantum light source, driven by spontaneous emission, can be categorized as a single photon source or two photon source. Therefore, the thesis is divided also according to these types of quantum light sources into two parts: In the first part of the thesis, after review of the theoretical methods, which are applied in the thesis , we specifically study coupled cavities. The first cavity, pumped incoherently, performs effectively as a single photon source. We consider system-bath interaction in the coupling waveguide, i.e boson-boson interaction, for the photon occurring in the system .We demonstrate that even for a simple scenario , where thermal bath modes couple to the system, the photon statistics of the source is not completely mapped to the target system. This suggest that the environment for such a coupled systems influence the photon statistics of the source while transferring it into the target system. In the case of direct coupling of emitters to the waveguide the influence of the environment, as a dissipator, on the photon statistics can be seen in photon number distribution. Additionally, higher order correlation functions for the target system deviate drastically from the source system and show a mixture of quantum coherent and incoherent dynamics. For the case of indirect coupling of emitters to the waveguide, when the modes of two cavities are coupled, the mediating environment also influences the photon statistics of the target system. This phenomenon manifests itself in the second-order correlation function of the source and target, wherein, while the source behaves in the anti-bunched regime, the target system shows highly bunched pattern. In the second part of thesis, we study the production of two photons in nonlinear optics. As an example, we propose an optical setup where we can produce entangled pairs of photons through the dynamical Casimir effect(DCE). By applying the laser on a superconducting surface of a metal dielectric we induce a surface plasmon polariton (SPP). SPP give rise to the enhancement of DCE such as the efficiency of two photon production exceed the common nonlinear optical processes for instance parametric down conversion. We show that the resonant enhancement of the emission of two photons happens when the excitation wavelength coincides with the amplitude of the laser light. Another even more efficient source for the two photon emission is a biexciton excitation of a quantum dot. We provide a formalism for a cascaded biexciton which can be used to show how the source biexciton, pumped coherently or incoherently, influences the target biexciton through a unidirectional waveguide, modeled as a thermal bath.en
dc.description.abstractIn dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Untersuchung der Anregung von atomaren Systemen mit Quantenlicht vorgeschlagen. Die untersuchten atomaren Zielysteme werden auf Zwei- und Vier-Niveau Systeme begrenzt. Quelle und Ziel sind über einen gerichteten Wellenleiter gekoppelt. Wir implementieren eine numerische Simulation auf Grundlage des kaskadierten Formalismus und des Quelle-Ziel Ansatzes. Wir betrachten kontinuierliche Pump Szeanrien in denen die Quelle kohärent und inkohärent getrieben wird. Wir zeigen, dass die statistischen Eigenschaften des Zielsystems bis zu einem gewissen Grad durch den Pump Mechanismus der Quelle kontrolliert werden kann. Zusätzlich können unterschiedliche Kopplungsregimes in beiden Kavitäten die Abstrahlung des Zielsystems beeinflussen. Zusätzlich zeigen wir, dass in einem speziellen Parameterbereich eine exotische Quasi-Wahrscheinlichkeitsverteilung, eine flache Fock-Zustandsverteilung, generiert werden kann. Auch werden die unterschiedlichen Photonenstatistiken für unterschiedliche Kopplungsregimes diskutiert. Die verwendete quanten Lichtquelle, getrieben durch spontane Emission, kann als einzel oder zwei Photonenquelle kategorisiert werden. Deshalb wird die vorliegende Arbeit nach diesen Typen von Quantenlichtquellen aufgeteilt in zwei Teile: Im ersten Teil der Arbeit, nach Einführung der theoretischen Methoden, welche indieser Arbeit verwendet werden, untersuchen wir gekoppelte Kavitäten. Die erste Kavität, welche inkohärent gepumpt wird, wirkt effektiv wie eine einzel Photonenquelle. Wir betrachten System-Bad Wechselwirkung in dem Kopplungswellenleiter, d.h. Boson-Boson-Wechselwirkung, für das im System auftretenden Photon. Wir zeigen, dass auch für ein einfaches Szenario mit einem thermischen Bad, die Photonstatistik der Quelle nicht vollständig auf das Zielsystem übertragen wird. Dies deutet darauf hin, dass das Bad für solche gekoppelten Systeme die Photonstatistik der Quelle beeinlusst bei gleichzeitiger Übertragung auf das Zielsystem. Im Falle von direkter Kopplung der Emittern an den Wellenleiter kann der Einfluss des Bades, als Dissipator, auf die Photonstatistik in der Photonenzahlverteilung gesehen werden. Darüber hinaus weichen Korrelationsfunktionen höherer Ordnung für das Zielsystem drastisch vom Quellsystem ab und zeigen eine Mischung aus quantenkohärenter und inkohärenter Dynamik. Auch für den Fall der indirekten Kopplung der Emittern an den Wellenleiter, wenn die Moden der zwei Kavitäten gekoppelt sind, beeinflusst das Bad die Photonenstatistik des Zielsystems. Dieses Phänomen manifestiert sich in der Korrelationsfunktion zweiter Ordnung von Quelle und Ziel: während sich die Quelle antibunching aufweist ist die Statistik im Zielsystem gebuncht. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir die Produktion von zwei Photonen in nichtlinearer Optik. Als Beispiel schlagen wir einen optischen Aufbau vor, in dem verschränkte Photonen Paare durch den dynamischen Casimir-Effekt (DCE) hergestellt werden können. Trifft ein Laser auf eine supraleitende Oberfläche eines Metalldielektrikums so werden Oberflächenplasmon-Polaritonen erzeugt. Diese Oberflächenplasmon-Polaritonen verstärken den DCE, so wird die Effizienz der Erzeugung von verschränkten Photon Paaren die üblichen nichtlinearen optischen Prozesse wie etwa parametrischen Fluoreszenz übersteigen. Wir zeigen, dass die Resonanzverstärkung der Emission von zwei Photonen dann erfolgt, wenn die Anregungswellenlänge mit der Wellenlänge des Laserlichts zusammenfällt. Wir führen einen Formalismus für ein kaskadiertes Biexziton ein, mit dem untersucht werden kann, wie die Biexzitonquelle, sowohl kohärent als auch inkohärent gepumpt, das Zielbiexziton durch einen unidirektionalen Wellenleiter beeinflusst.de
dc.language.isoenen
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subject.ddcDDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::539 Moderne Physiken
dc.subject.othercascaded formalismen
dc.subject.otherquantum opticsen
dc.subject.otherdynamical Casimir effecten
dc.subject.otherentangled photon productionen
dc.subject.othercoupled biexcitonsen
dc.subject.otherkaskadierter Formalismusde
dc.subject.otherQuantenoptikde
dc.subject.otherdynamischer Casimir-Effektde
dc.subject.otherErzeugung verschränkter Photonende
dc.subject.othergekoppelte Biexzitonende
dc.titleQuantum light driven many level systems in the weak and strong coupling limitsen
dc.typeDoctoral Thesisen
tub.accessrights.dnbfreeen
tub.publisher.universityorinstitutionTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.grantorTechnische Universität Berlinen
dc.contributor.refereeKnorr, Andreas-
dc.contributor.refereeKoprucki, Thomas-
dc.date.accepted2017-11-22-
dc.title.translatedQuantenlicht leitet viele Niveausysteme in den schwachen und starken Kopplungsgrenzen abde
dc.type.versionacceptedVersionen
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