Theorie der nichtstationären Anregung von Exziton-Polaritonen durch Zweiphotonenabsorption

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Abstract

Es wird eine Theorie der nichtstationären Zweiphotonenabsorption, die durch einen ultrakurzen Laserimpuls mit der Dauer TL ≲ ΓT−1T Exzitonenniveau-Linienbreite) und einem inkohärenten Teststrahl angeregt wird, für nichtlineare Piezokristalle mit einem isolierten dipolaktiven Exzitonenniveau entwickelt. Die „mechanische” Response der Exzitonen sowie die unterschiedlichen Gruppengeschwindigkeiten von Polaritonen-, Pump- und Testfeldern werden bei der Berechnung der nichtstationären Polaritonen- und Testfeldstrahlungsflußdichten berücksichtigt, die räumliche Dispersion der mechanischen Exzitonenbewegung jedoch wird vernachlässigt. Am Beispiel des Rechteckimpulses für das Pumpfeld werden die allgemeinen nichtstationären analytischen Lösungen für die Fälle gleicher und verschiedener Pump- und Testfeld-Gruppengeschwindigkeiten diskutiert. An Hand der Energie- und Quasiimpulserhaltungssätze und mit den Dispersionsbeziehungen werden für einachsige Kristalle die verschiedenen möglichen Zweiphotonenabsorptionsvarianten veranschaulicht.

Abstract

Theory of nonstationary Exciton-Polariton Generation by Two-photon Absorption

A theory of nonstationary two-photon absorption for nonlinear non-centrosymmetric crystals is presented. The time-dependent radiation flux density of the generated polariton beam is calculated under the condition of an ultrashort laser pulse duration TL ≲ ΓT−1T is the exciton line width) and a stationary incoherent test field. The “mechanical” response of the excitons and different group velocities of the polariton and the laser and test fields are taken into account. the spatial dispersion of the exciton motion being neglected. With a rectangular laser pulse shape the analytically nonstationary solutions are discussed for identical and for different group velocities of laser and test fields. Using the conservation laws for energy and quasimomentum we illustrate, by considering the polariton dispersion branches, the various possible cases of two-photon absorption in uniaxial piezocrystals.

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