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Fait marquant

Des trompettes photoniques pour l’optique quantique




Nous avons réalisé une antenne optique qui permet de canaliser très efficacement l’émission d’une boîte quantique semiconductrice vers un faisceau Gaussien.

Publié le 23 mai 2013
Les boîtes quantiques semiconductrices permettent de générer à la demande des états non-classiques de la lumière, une ressource fondamentale pour les protocoles de cryptographie quantique, la simulation et le calcul quantique photonique. Pour ces applications, il est souvent nécessaire de canaliser la lumière émise par la boîte vers un faisceau optique bien défini, de préférence Gaussien. En pratique, cette tâche est compliquée par les dimensions sub-longueur d’onde de la boîte quantique, et par le fort indice de réfraction de la matrice semiconductrice qui l’entoure.

En collaboration avec des collègues théoriciens danois, nous avons récemment proposé un nouveau type d’antenne optique : la trompette photonique. Cette dernière, en forme de cône inversé, offre une extraction de la lumière très efficace, une émission Gaussienne, et ce sur une très large bande passante. Nous avons ensuite réalisé une source de photons uniques exploitant cette géométrie et ainsi démontré la faisabilité de ces structures à fort rapport d’aspect (hauteur de 12 µm, pour une base de 200 nm de diamètre et une facette supérieure d’un diamètre de 1,6 µm). Les performances sont également au rendez-vous, avec une efficacité d’extraction à l’état de l’art, et un caractère Gaussien du mode émis très marqué.

A l’avenir, cette stratégie pourrait aussi être appliquée à d’autres systèmes de matériaux, comme les centres colorés dans le diamant. Enfin, la large bande passante de ces antennes les rend particulièrement attractives pour la réalisation d’expériences d’optique quantique multicolores.
Collaboration : Niels Gregersen et Jesper Mørk, Department of Photonics Engineering, DTU Fotonik, Technical University of Denmark Fabrication des échantillons : salles blanches PTA et LETI/DOpt/SIONA

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En optique quantique