Rabi oscillations in an exciton-polariton system

Abstract

Özet bir ekziton-polariton sisteminde rabi salınımları Özgür Esat Müstecaplıoğlu Fizik Yüksek Lisans Tez Yöneticisi: Prof. Alexander S. Shumovsky Eylül 1995 Mikro-kavitelerdeki ekzİton-polariton sistemlerinin Rabi salınmaları kuantum mekaniksel olarak incelendi. Foton-ekziton etkileşim Hamitoniyen'i Bogolubov kanonikal dönüşümleri ile diyagonalize edildi ve polariton resmi elde edildi. İki seviyeli atorn-tek mod ışık etkileşimi ile bu modelin benzer ancak aynı olmadığı ortaya kondu. Jaynes-Cummings modelinin aksine, enerji seviyelerinde çok sayıda parçacık bulunabildiği ve radyasyonun bunların bozunumuyla oluştuğu ortaya kondu. Ayrıca çöküş ve diriliş görüngüsünün de bu sistemde olamayacağı gösterildi. Pompa alanıyla sistemin başlangıçta iki modlu bir koherent durumda hazırlandığı bulundu. Heisenberg-Langevin formulasyonuyla sisteme Markoviyen kayıp mekanizmalarının etkisi incelendi. Kavite kayıp oranı kavite mod ayarı ve etkileşim sabitine bağlı bir kritik değeri aşarsa salmaların olmayacağı bulundu. Renormalize Rabi frekansı ifadesi bulundu. Cîüçlü, zayıf, kritik kayıp durumları detaylı olarak incelendi. Anahtar sözcükler: Rabi salınmıları, ekziton, polariton, kendiliğinden ışıma, Jaynes-Cummings modeli. ıı

Abstract RABI OSCILLATIONS IN AN EXCITON-POLARITON SYSTEM Özgür Esat Müstecaplıoğlu M. S. in Physics Supervisor: Prof. Alexander S. Shumovsky September 1995 The pure quantum model describing Rabi oscillations of exciton-polaritons in a micro-cavity is considered. Photon-exciton interaction Hamiltonian is diagonalized with the aid of Bogolubov canonical transformations and polariton picture is obtained. We find that this picture is equivalent to the two level atom- single mode Held interaction up to the fact that bosonic nature of this picture allows many particles in both level whose decays give radiation. We demonstrate that in contrast to the Jaynes-Cummings model collapse and revivals cannot be seen in our model. Pumping mechanism and its effects on the preparation of the initial states are examined. It is found that initial states of such system should form two-mode coherent state. Markovian damping is introduced in Heisenberg- Langevin formalism. It is shown that the oscillations can be observed if cavity damping rate does not exceed some critical value depending on coupling constant and detuning of cavity mode. Explicit expression for renormalized Rabi frequency is found. Strong, weak and critical damping regimes are studied in detail. Keywords: Rabi oscillations, excitons, polaritons, microcavities, sponta neous emission, Jaynes-Cummings model.