Switching dynamics and ultrafast inversion control of quantum dots for on-chip optical information processing
Notice bibliographique
Résumé
We demonstrate dynamical near-complete inversion switching of a two-level quantum dot driven by picosecond optical pulses in a bimodal photonic band gap (PBG) waveguide at microwatt power levels. This is enabled by a sharp steplike discontinuity in the local (electromagnetic) density of states (LDOS) provided by a cutoff in one of the two waveguide modes. The atomic Bloch vector equations in this colored vacuum are derived using dressed state description of the atomic density operator in the presence of phonon-mediated dephasing. Instead of assuming phenomenological decay rates, we derive explicit expressions for decay terms of bare state atomic dipole moments and population in the Born-Markov approximation from a master equation approach. Giant Mollow splitting of the atom level due to subwavelength light localization of strong driving pulse causes the time-dependent Mollow bands to straddle the LDOS jump, leading to different radiative decay rates in the upper and lower Mollow sidebands. This results in remarkable field-dependent spontaneous emission and dipolar dephasing rates, combined with a novel ``vacuum structure'' term in the Bloch equations. Our Bloch equations predict ultrafast high-contrast inversion switching that is activated and deactivated by picosecond pulse trains detuned below and above the atomic resonance, respectively. This dynamic inversion is due to the rapid rise in relaxation rates as the pulse amplitude rises, causing the Bloch vector to switch from antiparallel to parallel alignment with the pulse ``torque vector.'' Subsequent near-complete inversion occurs through an adiabatic following process retained long after the pulse amplitude subsides and the system reverts to slow relaxation. For a 1% inhomogeneously broadened distribution of quantum dot with average of 100 D dipole moment, driven by $1.5\text{ }\ensuremath{\mu}\text{m}$ picosecond pulses and coupled to a cutoff mode LDOS jump with radiative emission rates of ${\ensuremath{\gamma}}_{high}=2.5\text{ }\text{THz}$ and ${\ensuremath{\gamma}}_{low}=5\text{ }\text{GHz}$, a large average population switching contrast of 0.5 is demonstrated with a phonon dephasing rate ${\ensuremath{\gamma}}_{p}=0.5\text{ }\text{THz}$. A 1.6 fJ control pulse is required per switching operation and a $30\text{ }\ensuremath{\mu}\text{W}$ pulse train is sufficient to maintain the inversion. This switchable gain (loss) segment of the PBG waveguide can be used to controllably amplify (absorb) signal pulses conveying optical information. This provides a robust mechanism for ultrafast multiwavelength channel all-optical logic in PBG microchips.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».