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Simulation of light-mediated coupling in planar photonic resonators : = Simulation von Licht-vermittelter Kopplung in planaren photonischen Resonatoren [Elektronische Ressource]
ger: Das Hauptaugenmerk dieser Arbeit ist die lichtvermittelnde Kopplung in planaren photonischen Resonatoren unter der Benutzung der zeitaufgelösten Finite-Differenzen Methode (FDTD) zur numerischen Auswertung der dreidimensionalen Maxwellgleichungen. Zwei verschiedene Arten photonischer Resonatoren werden untersucht: Mikrodisk Resonatoren und photonische Kristallkavitäten. Eigenmoden von Mikrodiskresonatoren unter dem Einfluß von Formänderungen wird untersucht. Die Verwendung von einem uniaxial anisotropen Umgebungsmaterial, in dem eine Mikrodisk eingebettet ist, zeigt vermeidete Kreuzungen zwischen Eigenmoden verschiedener Symmetrie, die miteinander über die Umgebung koppeln. Experimentelle Daten einer Mikrodisk, eingebettet in einem Flüssigkristall zur dynamischen spektralen Modifizierung, werden unter Verwendung eines uniaxial anisotropen Umgebungsmaterials numerisch bestätigt. Eine photonische Kristallkavität mit einem Liniendefekt, bestehend aus 7 Luftlöchern, wird durch eine dünne Schicht, aufgebracht auf nur einer Seite, spektral modifiziert. Ein Vergleich von numerischen Daten mit experimentellen Ergebnissen zeigen gute Übereinstimmung. Starke Wechselwirkung zwischen Mikrodiskresonatoren und zwischen photonischen Kristallkavitäten bestehend aus 3 fehlenden Luftlöchern, angeordnet in verschiedenen Geometrien, werden numerisch untersucht. Abstandsabhängige, stark asymmetrische Aufspaltung in der Frequenz und der Lebensdauer tritt auf und wird erläutert. Die resonante Ankopplung eines einzelnen Halbleiterquantenpunktes, dessen optisches Polarisationsfeld über dynamische, nichtlineare Bewegungsgleichungen auf quantenmechanischer Basis berechnet wird, an eine einzelne Kavität unter Einfluss eines intensiven Laserfeldes wird numerisch ausgewertet. Dabei treten Q-Faktor-abhängige Seitenbanden um die Resonanz auf.
eng: The focus of this thesis is the light-mediated coupling in planar photonic resonators using the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method. With this method, the three-dimensional Maxwells equations are evaluated numerically. Two different kinds of optical resonators are investigated: microdisk resonators and photonic crystal cavities. Eigenmodes of microdisk resonators under the influence of shape changes are invesitgated. The usage of an uniaxial anisotropic environment, in which a microdisk is embedded, shows anticrossings in the spectral response between eigenmodes of different symmetry, which couple via the environment. Experimental data of a microdisk, embedded in a liquid crystal for dynamic spectral tuning, are confirmed by numerical simulation with the usage of an uniaxial anisotropic environment. A photonic crystal cavity with a line defect, consisting of 7 missing air holes, is spectrally modified via a thin additional layer, added on one side of the slab. A comparison with experimental data shows good agreement. Strong interaction between microdisk resonators and between photonic crystal cavities, aligned in different geometries, are investigated numerically. Distant-dependent, strongly asymmetric splitting in frequency and cavity decay time occurs and is explained. The resonant coupling of a semiconductor quantum dot, where the optical polarization field is calculated via dynamical, nonlinear equations of motion on a quantum mechanical level, on a single mode of a photonic crystal cavity under the influence of an intense laser field is investigated. Thereby, Q-factor dependent side bands occur.