Sources semiconductrices de photons jumeaux
par Loïc Lanco
Thèse de doctorat en Physique
Sous la direction de Sara Ducci.
Soutenue en 2006
à Paris 7 .
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Résumé
Ce travail porte sur la conception, la fabrication, et la caractérisation de sources semiconductrices de photons jumeaux pour l'information quantique. Nous exploitons les propriétés optiques nonlinéaires des semiconducteurs, afin de générer des paires de photons par fluorescence paramétrique. Nous avons tout d'abord réalisé une source de photons jumeaux contrapropageants, émis dans des directions opposées au sein d'un guide d'onde semiconducteur. Nous présentons les résultats des expériences de conversion de fréquence que nous avons mises en place pour caractériser l'interaction nonlinéaire dans nos échantillons : somme de fréquence émise par la surface, et différence de fréquence émise vers l'arrière. La génération de paires de photons jumeaux contrapropageants est ensuite démontrée expérimentalement : cette première ouvre la voie vers la réalisation de dispositifs intégrés extrêmement prometteurs pour l'information quantique. Nous avons également travaillé au développement d'une diode émettrice de photons jumeaux, dispositif ultra-compact alimenté par injection électrique. Une hétérostructure laser AIGaAs est présentée, conçue pour la génération de photons jumeaux à partir des photons laser émis sur le mode d'ordre trois. Nous avons validé cette approche, et caractérisé l'interaction nonlinéaire dans nos dispositifs, grâce à une expérience de génération de seconde harmonique. Nous présentons également les techniques que nous avons développées pour caractériser les effets thermiques et l'absorption dans nos guides d'onde. A terme, la génération de photons jumeaux pourra être obtenue par un réglage approprié de la longueur d'onde d'émission laser.
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Titre traduit
Semiconductor twin-photon sources
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Résumé
This work focuses on the design, fabrication and characterization of semiconductor sources of twin-photons for quantum information. We take advantage of the optical nonlinearity in semiconductor materials, in order to generale photon pairs through a parametric down-conversion process. We have realized a source of counterpropagating twin photons : the generated photons are emitted in opposite directions in a semiconductor waveguide. We present the frequency conversion experiments that we have realized in order to characterize the nonlinear properties of our device : surface-emitted sum-frequency generation, and backward difference-frequency generation. We finally demonstrate the generation of counterpropagating photons pairs: this work opens a route towards the realization of very promising integrated devices for quantum information. We are also interested in the realization of a twin photons emtting diode, a very compact device controled by simple electrical injection. An AIGaAs laser structure is presented, designed for twin photons generation through the down-conversion of internal, third-order mode laser photons. We have validated this approach, and characterized the nonlinear properties of our device, with a second-harmonic generation experiment. We also present the techniques we developed for the characterization of temperature and loss in our waveguides. The generation of photon pairs will be possible with a proper tuning of the laser wavelength.
