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Diffusion paramétrique dans les microcavités de semiconducteurs : cohérence du second ordre et formation de motifs transverses

By Vincenzo Ardizzone

Abstract

This thesis is devoted to the study of optical parametric emission from resonantly excited semiconductor microcavities. These systems are formed by multiple quantum wells embedded in an optical microcavity. The parametric light they produce under resonant excitation shows interesting properties. We studied this emission both from one dimensional cavities, or photonic wires, and multiple coupled planar cavities. Using such structured samples we can observe parametric beams, signal and idler, perfectly intensity-balanced under normal incidence of the pump beam. These features are very interesting in view of possible future applications. We studied the properties of the parametric beams produced by one dimensional microcavities with a Hanbury Brown and Twiss interferometer. This setup allows us to measure the second order coherence properties of parametric emission. Specifically we measured the photon statistic of each parametric beam and their mutual correlations. The study of parametric emission in coupled microcavities evidenced a spontaneous symmetry-breaking and pattern formation in the optical parametric oscillation regime. We showed also different methods of optical control of these patterns, for example changing the direction of the pump linear polarization or adding a second beam, in a pump-probe experiment. This study points out a fundamental analogy between microcavity OPOs and macroscopic OPOsCette thèse est consacrée à l'étude de l'émission paramétrique produite par des microcavités de semiconducteurs sous excitation résonnante. Ces systèmes, formés par des puits quantiques insérés au milieu d'une cavité optique de taille micrométrique, montrent des effets non-linéaires optiques. La lumière paramétrique ainsi générée a des propriétés extrêmement intéressantes, que nous avons étudié dans les microcavités unidimensionnelles, ou fils photonique, et dans les microcavités multiples. L'utilisation de ces échantillons structurés permet d'obtenir des faisceaux paramétriques équilibrés en intensité et sous incidence normale du faisceau de pompe, caractéristiques très attractifs pour des possibles applications futures. La production de deux faisceaux paramétriques, signal et complémentaire, observée sur les fils photoniques nous a poussé à étudier les corrélations entre ces deux faisceaux. A l'aide d'un interféromètre de type Hanbury Brown et Twiss nous avons réalisé des mesures de fonction de corrélation du second ordre. La statistique des photons de chacun des deux faisceaux et leurs corrélations mutuelles ont été étudiées. L'étude de l'émission paramétrique en régime OPO sur des microcavités planaires multiples a mis en évidence une brisure de symétrie et la formation de motifs issus des non-linéarités propres de notre système. Nous avons aussi mis en évidence la possibilité de contrôler de façon toute optique ces motifs, à la fois à l'aide de la polarisation linéaire du faisceau de pompe et à l'aide d'un deuxième faisceau, dit sonde. Avec cette étude nous sommes à même de marquer une analogie fondamentale entre les OPO de microcavité et les OPO de taille macroscopique

Topics: Microcavities, Parametric oscillation, Quantum optics, Non linear optics, Patterns, Microcavités, Oscillation Paramétrique Optique, Polaritons, Optique Quantique, Optique non-linéaire, Motifs, [ PHYS.QPHY ] Physics [physics]/Quantum Physics [quant-ph]
Publisher: HAL CCSD
Year: 2013
OAI identifier: oai:HAL:tel-00933528v1
Provided by: Hal-Diderot

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