Sources à boîtes quantiques semiconductrices pour la nanophotonique et l'information quantique aux longueurs d'onde des télécommunications

par David Elvira Antunez

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Isabelle Sagnes.

Soutenue le 17-09-2012

à Paris 11 , dans le cadre de Ecole doctorale Ondes et Matière (Orsay, Essonne ; 1998-2015) , en partenariat avec Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (Marcoussis, Essonne ; 1984-2016) (laboratoire) .

Le président du jury était Philippe Boucaud.

Le jury était composé de Isabelle Sagnes, Philippe Boucaud, Elyahou Kapon, Alexia Auffèves-Garnier, Alexios Beveratos.

Les rapporteurs étaient Valia Voliotis, Elyahou Kapon.

mots clés

• Boîtes quantiques InAsP/InP
• Semiconducteur III/V
• Spectroscopie
• Source de photons uniques
• Cristal photonique
• Semiconducteurs
• Spectroscopie
• Excitons
• Cristaux photoniques

Résumé

Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantique, du traitement de l'information etde l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner naissance à l'optiqueintégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est ledéveloppement de sources de photons unique aux longueurs d’onde des télécommunications fibrés.Durant ce travail de thèse les émetteurs étudiés sont des boîtes quantiques d’InAsP épitaxiés parEPVOM (Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques). On démontrera que ces objets uniquessont capables d’émettre des états quantiques de la lumière grâce à une expérience de dégroupement dephotons. De plus la spectroscopie de ces objets sera déduite des études résolues en temps. Lapossibilité d’intégrer ces objets au sein de nanocavité de taille ultime permet de modifier leur tauxd’émission spontanée, ainsi les résultats obtenus grâce aux cavités métalliques permettent d’observerune accélération de l’émission spontanée sur une large bande spectrale. Finalement il a été mis enévidence une forte modification de l’émission d’un ensemble de boîtes quantiques entre 4K et 300K,en utilisant une technique originale basé sur l’effet laser.

mots clés

• Quantum-dots
• III/V Semiconductor
• Spectroscopy
• Single photon source
• Photonic crystal

Titre traduit

Semiconductor's quantum dot source for the nanophotonic and the quantum information at the telecommunication's wavelengths

Résumé

The last century saw the advent of quantum mechanics, information processing and integrated optics.These fields lead to the integrated optics for quantum communication. One of the challenges is thedevelopment of single photon sources operating at fiber’s telecommunication wavelength. In this workwe use quantum dots growth by MOVPE (MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy). We demonstratethese emitters can generate some quantum state of light thanks to the antibunching experiment.Moreover the spectroscopy of these objects will be deducted by the time resolved spectroscopy. Thepossibility to integrate these sources in ultimate’s size cavity permits to modify the spontaneous rateemission, so the result obtain with metallic cavity permit to observe an acceleration of the spontaneousemission on a wide spectral band. Finally a strong emission modification of the quantum dot’sensemble between 4K and 300K will be presented by using an original way based on the laser effect.