Dynamics of polariton wave packets

Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada. Fecha de lectura: 20-07-2016This thesis is devoted to the theoretical study of the exciton-polariton wave packets and present joint theoretical and experimental results regarding their Rabi oscillations, their propagation and combination thereof. Quantitative description of the experimental data through a dissipative quantum-optical model allows us to identify and quantify the main channels of decay (including upper-polariton dephasing and incoherent pumping from an excitonic reservoir) along with the coupling mechanism of the exciting laser to the structure. Upgrading the dynamics to polarized fields, we propose the concept for a device that generates light that takes all the states of polarization (Full-Poincar´e beams), and implement it in the laboratory. In a purely theoretical exploration of the polariton packet dynamics, we introduce the notion of Self-Interfering Packets (SIP), that add a new member to the family of mechanisms that let particles emerge out of underlying fields, here powered by a mass-wall that folds back diffusion of the field onto itself. Finally, we consider the dynamics of vortices in coupled-fields and show the complex patterns of oscillations that result, both experimentally and theoretically.Esta tesis se ocupa del estudio teorico de los paquetes de ondas de polaritones de excitones, y en ella se presentan resultados teoricos y experimentales concernientes a sus oscilaciones de Rabi, su propagacion, y combinaciones de ambas. La descripcion cuantitativa de los datos experimentales, a partir de un modelo optico-cuantico disipativo, nos ha permitido identificar y cuantificar los principales canales de decaimiento (incluyendo el dephasing del polariton superior y el bombeo incoherente desde un reservorio de excitones), asi como los mecanismos por medio de los que un laser externo se acopla con la estructura. Al aumentar la complejidad en la dinamica de los campos involucrados, permitiendo que estos esten polarizados, hemos propuesto el concepto de un dispositivo que genera luz abarcando todos los estados de polarizacion (“haz completo de Poicare”), y el cual hemos implementado en el laboratorio. De forma completamente te´orica, hemos introducido la nocion de Paquetes Auto-Interferentes (PAI), añadiendo un nuevo mienbro a la familia de mecanismos a traves de los que particulas emergen de campos subyacentes, en este caso impulsado por un muro de masa que redirige el campo hacia si mismo. Finalmente, hemos considerado la dinamica de vertices en campos acoplados, y hemos mostrado tanto teorica como experimentalmente que de ellos surgen patrones complejos de oscilacio