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Emanuel Thomas Peinke

Commutation tout optique ultra-rapide de micropiliers semi-conducteurs : propriétés fondamentales et applications dans le domaine de l'optique quantique

Publié le 5 avril 2016


Thèse soutenue le 05 avril 2016 pour obtenir le grade de docteur de la Communauté Université Grenoble Alpes - Spécialité : Physique / Nanophysique

Résumé :
Il est possible de modifier en quelques picosecondes les fréquences de résonance d’une microcavité optique semiconductrice en injectant optiquement des porteurs de charge dans le semiconducteur. Dans cette thèse, nous étudions en détail de tels évènements de commutation tout-optique pour des cavités planaires et des cavités en forme de micropilier à base de GaAs/AlAs, en utilisant l’émission de boîtes quantiques intégrées dans ces cavités comme source interne de lumière pour sonder la fréquence des modes résonnants en fonction du temps. Des décalages en fréquence très conséquents, de l’ordre de 34 fois la largeur du mode considéré, sont obtenus après optimisation. Nous réalisons une commutation différentielle des modes d’un micropilier en injectant les porteurs de manière très localisée, et modélisons les comportements observés en prenant en compte la distribution des porteurs injectés ainsi que leur diffusion et leur recombinaison en fonction du temps. Nous étudions par ailleurs deux applications potentielles importantes de la commutation ultrarapide de cavité. D’une part, nous modélisons le changement de couleur qui est induit sur de la lumière piégée dans un mode de cavité lors d’un évènement de commutation. Nous montrons que pour une cavité planaire optimisée, une telle conversion de fréquence peut être réalisée de façon très efficace. D’autre part, la commutation de cavité peut aussi être employée pour contrôler en temps réel l’émission spontanée d’émetteurs intégrés, et plus généralement tous les effets d’électrodynamique quantique en cavité. Nous présentons la génération d’impulsions de lumière incohérente de quelques picosecondes seulement, en utilisant l’émission spontanée de boîtes quantiques dans un micropilier commuté. Nous montrons aussi par une étude théorique qu’il est possible de donner une forme choisie aux impulsions à un photon émises par une boîte quantique, ce qui ouvre des applications intéressantes dans le domaine des liens optiques quantiques et du traitement quantique photonique de l’information.

Jury :
Président : M. Benoît Boulanger
Rapporteur : M. Philippe Roussignol
Rapporteur : M. Alfredo de Rossi
Examinateur : M. Willem L. Vos
Directeur de thèse : M. Jean-Michel Gérard
Encadrant de thèse : M. Joël Bleuse

Mots clés :
Nanophotonique, Microcavité optique, Commutation de cavité optique, Boîte quantique semiconductrice, Émission spontanée, Photon unique

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