Single InAsP/InP quantum dots as telecommunications-band photon sources

The optical properties of single InAsP/InP quantum dots are investigated by spectrally-resolved and time-resolved photoluminescence measurements as a function of excitation power. In the short-wavelength region (below 1.45 $\mu$m), the spectra display sharp distinct peaks resulting from the discrete electron-hole states in the dots, while in the long-wavelength range (above 1.45 $\mu$m), these sharp peaks lie on a broad spectral background. In both regions, cascade emission observed by time-resolved photoluminescence confirms that the quantum dots possess discrete exciton and multi-exciton states. Single photon emission is reported for the dots emitting at 1.3 $\mu$m through anti-bunching measurements

Higher-order photon correlations in pulsed photonic crystal nanolasers

We report on the higher-order photon correlations of a high-$\beta$ nanolaser under pulsed excitation at room temperature. Using a multiplexed four-element superconducting single photon detector we measured g$^{(n)}(\vec{0})$ with $n$=2,3,4. All orders of correlation display partially chaotic statistics, even at four times the threshold excitation power. We show that this departure from coherence and Poisson statistics is due to the quantum fluctuations associated with the small number of dipoles and photons involved in the lasing process

Deformable two-dimensional photonic crystal slab for cavity optomechanics

We have designed photonic crystal suspended membranes with optimized optical and mechanical properties for cavity optomechanics. Such resonators sustain vibration modes in the megahertz range with quality factors of a few thousand. Thanks to a two-dimensional square lattice of holes, their reflectivity at normal incidence at 1064 nm reaches values as high as 95%. These two features, combined with the very low mass of the membrane, open the way to the use of such periodic structures as deformable end-mirrors in Fabry-Perot cavities for the investigation of cavity optomechanical effect

Cavités à bande interdite photonique bidimensionnelle et application à une source de photons uniques indiscernables

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Génération de photons uniques indiscernables par une boîte quantique semi-conductrice dans une microcavité optique

L'un des principaux accomplissements scientifiques du siècle dernier est sans doute le développement de la Physique Quantique. Parallèlement, notre société est entrée dans l'ère de l'information. Aujourd'hui, théorie de l'information et théorie quantique se recoupent sous un champ d'activité émergent : le traitement de l'information quantique. Ce domaine propose de tirer parti des corrélations subtiles entre états quantiques pour effectuer des opérations de communication ou de logique. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans ce contexte. Ils visent la génération d'états quantiques de la lumière, pour tester les prévisions contre-intuitives de la mécanique quantique, mais aussi pour l'ingénierie de dispositifs de traitement de l'information quantique. Ces états quantiques sont des photons uniques indiscernables, rayonnés par des boîtes quantiques uniques. S'il est bien connu aujourd'hui que ces nano-émetteurs émettent des photons uniques, des processus rapides de décohérence propres à la physique du solide détériore l'indiscernabilité entre photons successivement émis. Pour restaurer l'indiscernabilité entre photons, le processus d'émission est accéléré en couplant la boîte au mode d'une microcavité optique (un micropilier), de sorte que les photons sont émis avant qu'ils ne soient marqués par les processus déphasants. Ainsi, nous avons pu produire des photons uniques avec un degré d'indiscernabilité supérieur à 75%. Ces photons sont alors sujets à des phénomènes d'interférence peu communs : lorsque deux photons sont incidents sur les deux ports d'entrée d'une lame séparatrice, les deux photons ressortent de la lame toujours sur le même port de sortie.One of the main scientific achievement of the last century is certainly the development of quantum mechanics. Recently, computer scientists and engineers teamed with physical scientists to further our understanding of quantum phenomena, and to exploit this understanding to realize new devices with novel functionality for communication and computing, that can be directly engineered using correlations between quantum states, giving rise to a new field in physics : Quantum information science. These quantum states can be indistinguishable single photons. Our work aimed at the generation of such quantum states, from sefl-assembled quantum dots. These emitters can produce single photons on demand but the indistinguishability between photons is rapidly destroyed by decoeherence processes in the solid-state. In order to restore the indistinguishability between photons, the dot is coupled to the mode of a micropilar cavity, that accelerates its spontaneous emission rate by a factor 25, so that the photons are emitted before being marked by dephasing mechanisms. This acceleration leads to the generation of indistinguishable single photons with a degree of indistinguishability as high as 75%. In this context, two-photon interference phenomena occur, whereby two single photons entering the two input ports of a beamsplitter, emerge from the beamsplitter both in the same output port, as if they had "coalesced" into a two-photon state.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Développement de diodes électroluminescentes à microcavité à miroirs métalliques pour le contrôle de l'émission spontanée

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Etude de l'émission spontanée dans des structures à cascades quantiques en microcavité métallique

Dans ce travail de thèse, on aborde la manifestation des effets d'Électrodynamique Quantique en Cavité (EDQC) dans le domaine THz. Les longueurs d'ondes THz ( ~100 m) sont beaucoup plus grandes que l'épaisseur typique des émetteurs à l état solide qui les génèrent (~1 m). Dans ces conditions, lorsque la source est mise dans une cavité métallique planaire, le taux de l'émission spontanée croît comme l'inverse de l'épaisseur de la cavité. Un analyse théorique portant sur des cavités planaires sub-longueur d'onde, permet de distinguer un effet "utile", associé au mode TM0 guidé dans la cavité, et un effet d'absorption, associé aux plasmons supportés par les couches de contact dopées qui sont nécessaires pour l'injection électrique dans le dispositif. Le problème d'extraction de l'émission de la cavité est analysé. Pour cela on étudie une "cavité complexe", dans lequel on a remplacé le miroir métallique supérieur par un réseau métallique. Un modèle de diffraction conique général est développé pour cette étude. Expérimentalement, un facteur de Purcell de 50 a été mis en évidence pour des dispositifs AlGaAs/GaAS obtenus par la voie MOCVD.The manifestation of Quantum Electrodynamics (QED) effects in the THz domain are the subject of this PhD work. The wavelengths in this spectral range ( ~100 m) are much larger than the thickness of the semiconductor hetero-structure that is generating the radiation (~1 m). In these conditions, if the source is inserted inside a metallic cavity, the spontaneous emission rate increases as the inverse of the cavity thickness. A theoretical analysis of sub-wavelength cavities allows to distinguish between a useful part of the spontaneous emission, radiated into the TM0 guided mode, and an absorption due to the plasmon wave supported by the doped contact layers serving for the electrical injection into the device. The problem of extraction of the emission from the cavity is the addressed. . For this purpose, we study a photonic device of a new type, "a complex cavity", in which the upper metallic mirror is replaced by a metallic grating. A general model of conical diffraction is developed for these studies. Experimentally, a Purcell factor of 50 has been put into evidence for AlGaAs/GaAs devices obtained by MOCVD growth.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Vers la génération de sources de paires de photons intriquées à partir de boites quantiques en cavité à cristal photonique

Cette thèse étudie l'ingénierie, à partir de boites quantiques uniques (BQ), de sources déterministes de paires de photons intriqués selon deux procédés: l'intrication en polarisation lors de la cascade radiative du bi-exciton, et l'intrication temporelle de deux photons indisscernables. Le degré d'intrication est calculé afin d'évaluer quantitativement l'impact de: la levée de dégénérescence de l'exciton (splitting), le renversement de spin, l'interaction de l'exciton avec son environnement. Dans les deux cas l'intrication peut être restaurée en accélérant la durée de vie radiative de l'exciton par effet Purcell. Pour cela, un moyen approprié est une cavité à cristal photonique gravée dans une membrane suspendue (CP2D) contenant la BQ, qui permet aussi une grande efficacité de collection. Les requis technologiques d'alignement de la boite quantique avec la cavité sont aussi étudiés. Cependant les effets de cavité sont insuffisants pour corriger le splitting, qui peut être réduit avec un champ électrique variable vertical. Ceci a été vérifié expérimentalement en développant une technologie pour produire des diodes PIN compatibles avec les CP2D.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF