The theory of light propagation in media needs to consider a vast number of effects arising from the coupling of the many-body system of the medium with the photon field. The breach of translational invariance in bounded media is an additional complication. The problem is described quantum-statistically by nonequilibrium Green's functions. Essential advantages for the further analysis arise from the fact that the contribution of incident light splits off from the photon field propagators. This property provides insight into the interplay of the excitations of light and matter as well as into the mechanisms of emission. A radiation law valid for bounded media in nonequilibrium steady states is derived and discussed in the context of optical properties of excited semiconductors. With the help of this law, predictions for the optical signatures of quantum condensates in the electron-hole plasma of the semiconductor can be made. For this, an analysis of the condensate phase boundary is reviewed and the ionization behavior in the excitonic regime at low temperatures is studied analytically and numerically.
Die Theorie der Lichtausbreitung in Medien hat eine Vielzahl von Effekten aus der Kopplung des Vielteilchen-Systems des Mediums mit dem Photonfeld zu berücksichtigen. In räumlich begrenzten Medien tritt erschwerend zusätzlich ein Bruch der Translationssymmetrie auf. Entscheidende Vorteile bringt in der quantenstatistischen Beschreibung des Problems mit Green'schen Funktionen für das Nichtgleichgewicht die Tatsache, dass sich der Beitrag des einfallenden Lichts von den Photonfeld-Propagatoren abspaltet. Diese Eigenschaft erlaubt Einblicke in das Zusammenspiel der Anregungen von Licht und Materie sowie in die Mechanismen der Emission. Es wird ein Strahlungsgesetz mit erweiterter Gültigkeit für räumlich begrenzte Medien in stationären Nichtgleichgewichtszuständen abgeleitet und im Zusammenhang mit optischen Eigenschaften angeregter Halbleiter diskutiert. Die Theorie ermöglicht ferner Aussagen über die optischen Signaturen von Quantenkondensaten im Elektron-Loch-Plasma des Halbleiters. Dazu werden Untersuchungen zu dessen Phasengrenze referiert und das Ionisations-Verhalten bei niedrigen Temperaturen im exzitonischen Regime analytisch und numerisch untersucht.