Mikroskopische Theorie der nichtlinearen Ultrakurzzeit-Dynamik von Intersubbandemittern

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Ziel dieses Projektes ist die Ausarbeitung und numerische Auswertung einer mikroskopischen Theorie, welche optische Emission und Absorption in Halbleiter-Intersubbandemittern auf der Ultrakurzzeitskala beschreibt, insbesondere die nichtlineare Antwort auf intensitätsstarke optische Pulse. Die optische Antwort wird durch die Lösung der vollen Maxwellgleichungen, die die Polarisation als Quelle enthalten, bestimmt. Bei der Entwicklung einer entsprechenden Materialtheorie ist es nötig, sowohl die Polarisation als auch die elektronischen Verteilungsfunktionen in die Theorie einzubeziehen, um Nichtgleichgewichtsphänomene in der nichtlinearen Optik und bei ultraschnellen Relaxationsvorgängen zu beschreiben. Hierbei ist, zur Weiterentwicklung von Intersubbandemittern, ein Verständnis des Verhältnisses von kohärenter und inkohärenter Elektronendynamik wesentlich, sowohl bei optischen als auch bei Transportprozessen. In diesem Projekt sollen zum einen Teilprozesse wie die Emissions- und Ladungsträgerdynamik einfacher Teilstrukturen von Quantenkaskadenlasern untersucht werden, zum anderen sollen aber auch Theoriemodule für die optischen Eigenschaften von Lasereinheitszellen erarbeitet werden, die es - in Zusammenarbeit mit den anderen beteiligten Arbeitsgruppen - erlauben, das gekoppelte Optik-Transport-Problem in realistischen Quantenkaskadenstrukturen zu beschreiben. Ebenso bietet die Forschergruppe eine exzellente Gelegenheit, einen Vergleich zwischen Theorie und optischen Messungen durchzuführen, um damit eine Optimierung von realistischen Strukturen in ihrer Funktionalität anzustreben und die entsprechenden physikalischen Prinzipien mit Hilfe einer mikroskopischen Theorie zu verstehen.