CNRS/LPN : Optique quantique des semiconducteurs
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures
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Photonique et électronique quantique > Optique quantique des semiconducteurs
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Activité de recherche

L’équipe “Optique quantique des semiconducteur” explore et exploite des effets d'optique quantique qui interviennent dans des structures de taille nanométrique à base de semiconducteurs. Il s'intéresse en particulier aux phénomènes nouveaux induits par l'interaction entre la lumière et la matière à ces échelles. Les objets semiconducteurs fabriqués et étudiés, sont des microrésonateurs optiques semiconducteurs (sous la forme de cavités à cristaux photoniques suspendues) et des nanoémetteurs semiconducteurs (des boîtes quantiques). Cette activité de recherche se développe suivant trois domaines d'étude :

QuantumStates Nanolasers NanoOptomechanics
Nanosources d'états quantiques de la lumière
 Lasers aux échelles nanométriques
 Nano-optomécanique en cavité


Infrastructures de recherche

Les nano-objets et composants non-conventionnels sont gouvernés par une physique nouvelle. Afin de pouvoir étudier cette physique l’équipe s’engage également à la conception, la fabrication et la caractérisation de nano-objets originaux. Pour cela, elle recourt aux infrastructures spécifiques disponibles au LPN:

MOCVD Design Optics
Croissance et technologie des semiconducteurs
 Conception et simulation
 Expérimentation optique


Principales collaborations

LPNN Equipe "Matière artificielle et matériaux quantiques" au LPNN LKB Equipe "Mesure et bruits fondamentaux" au Laboratoire Kastler Brossel
INLN Equipe ''Auto-organisation'' à l'Institut Non-Linéaire de Nice EPFL K-LAB à l'EPFL
NIST Optoelectronics Division au NIST Boulder Labs
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Puce Membres

Contacts

 Braive Remy  (+33) 1 69 63 60 49  
 Abram Izo  (+33) 1 69 63 61 79  
 Robert-Philip Isabelle  (+33) 1 69 63 61 79  
 Sagnes Isabelle  (+33) 1 69 63 61 71  

Et aussi...

 Lebreton Armand  (+33) 1 69 63 61 77  
 Tsvirkun Viktor  (+33) 1 69 63 60 44  
 Le Gratiet Luc  (+33) 1 69 63 60 63  

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Puce Publications

Publications dans des journaux
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Puce Contrats et projets

    Puce Projets Internationaux

      CQOM : Cavity Quantum Optomechanics

      Référence de contrat : FP7-PEOPLE-2011-ITN 290161
      Coordinateur, Partenaire(s) : T. Kippenberg (EPFL),
      Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip, Remy Braive
      Principaux objectifs : Investigation of photonic crystal platforms for optomechanics (2012-2016)

      OMC : Optomechanical photonic crystals

      Référence de contrat : ERA.Net RUS
      Coordinateur, Partenaire(s) : T. Kippenberg (EPFL),
      Principaux objectifs : Two goals will be pursued: (1) achieving the quantum limit in displacement sensing of mechanical vibrations of nanostructures in the GHz range, and (2) exploiting high optomechanical coupling for nanoscale circuits combining optical and mechanical functionalities. (2012-2014)

      QNEMs : Quantum nanoelectromechanical systems

      Référence de contrat : ICT collaborative project Number 233992
      Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip, Remy Braive, Isabelle Sagnes
      Principaux objectifs : Investigation of the quantum properties of nanoscale mechanical resonators and of two cooling techniques: sideband cooling due to the coupling to an electromagnetic resonator, and optical cooling. (2009-2012)

      NanoEPR : Deterministic single quantum dot Nano-sources of Entangled Photons paiRs

      Référence de contrat : NanoSci-ERA
      Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip, Olivier Krebs
      Principaux objectifs : Development of deterministic solid-state source of polarization entangled photons with a high collection efficiency. (2007-2010)

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    Puce ANR non thématiques

      MiNOToRe : Micro et nano-optomecanique en regime quantique

      Référence de contrat : ANR Blanc
      Coordinateur, Partenaire(s) : A. Heidmann (LKB ),
      Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip
      Principaux objectifs : Squeezing optomécanique et régime quantique d'un oscillateur mécanique (2012-2014)

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    Puce ANR jeunes chercheurs

      MICADOS : Boîtes quantiques semiconductrices de grande force d’oscillateur et microcavités optiques ultimes pour le régime de couplage fort exciton-photon

      Référence de contrat : ANR Programme Jeunes chercheuses et Jeunes Chercheurs
      Coordinateur, Partenaire(s) : S. Sauvage (IEF )
      Responsable(s) LPN : Pascale Senellart, Isabelle Robert-Philip
      Principaux objectifs : L’étude se developpera selon trois axes de travail: 1. Etude de boîtes quantiques de grande force d’oscillateur 2. Développement de cavités optiques ultimes 3. Etude optique du régime de couplage fort (2005-2008)

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    Puce ANR PNANO

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    Puce Projets Incitatifs du Ministère de la Recherche

      NanoQUB : Nanosources à boîte Quantique unique en microcavité à Bande Interdite Photonique : vers des nanosources solides innovantes à nombre contrôlé de photons

      Référence de contrat : ACN
      Responsable(s) LPN : Isabelle Robert-Philip
      Principaux objectifs : Ce projet vise le développement de nanosources de lumière ultimes constituées d'une boîte quantique unique couplée au mode d'une cavité à cristal photonique. (2004-2007)

      Polaritons Intriqués : Sources de photons intriqués dans les fils et les piliers photoniques de semi-conducteurs en couplage fort lumière-matière

      Référence de contrat : ACN
      Coordinateur, Partenaire(s) : C. Ciuti (MPQ )
      Responsable(s) LPN : Jacqueline Bloch, Izo Abram
      Principaux objectifs : Ce projet vise à la réalisation de micro-sources, intégrées et efficaces, de photons intriqués pour la cryptographie quantique (2004-2007)

      POLQUA : Réalisation de POrtes Logiques QUAntiques utilisant des sources de photons uniques monomodes à base de semiconducteurs II-VI et III-V

      Référence de contrat : ACN
      Responsable(s) LPN : Izo Abram
      Principaux objectifs : Réalisation de portes logiques quantiques utilisant des sources de photons uniques monomodes à base de semicondicteurs III-V st II-VI (2002-2005)

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    Puce Projets CNRS

      BISQUE : Boîtes quantIques Semi-conductrices et information QUantiquE

      Référence de contrat : CNRS-EPML/STIC
      Responsable(s) LPN : Izo Abram
      Principaux objectifs : Développement de portes logiques quantiques utilisant à base de boîtes quantiques à semiconducteurs (2002-2005)

      Information et Communication Quantique

      Référence de contrat : CNRS-GdR
      Responsable(s) LPN : Izo Abram
      Principaux objectifs : Coordination de la communauté française de l'information quantique (2000-2005)

      GdR Ondes : Ondes

      Référence de contrat : CNRS-GdR 2451
      Responsable(s) LPN : Juan Ariel Levenson, Anne Talneau
      Principaux objectifs : Les principaux objectifs sont structurés autour de 6 thématiques : 1) Modélisation des phénomènes de diffraction et de propagation électromagnétique et acoustique, 2) Structures à bandes interdites photoniques ou soniques, microcavités, milieux complexes (2002-2004)

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    Puce Autres Projets Nationaux

      NAOMI : NAno-OptoMécanique Intégrable

      Référence de contrat : Cnano Ile de France
      Responsable(s) LPN : Pascale Senellart, Remy Braive, Isabelle Robert-Philip
      Principaux objectifs : L'objectif du projet est de développer la nano-optomécanique, en fédérant les expertises en optomécanique, nanophysique et nanofabrication des équipes de MPQ, du LKB et du LPN. (2008-2011)

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Puce Stages passés et en cours

Post-doctorat


  • Nano-optomécanique intégrable

    • Contact : I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    In the context of the EU-funded Marie Curie training network cQOM (“Cavity Quantum Optomechanics"), we have a vacancy for a post-doc. The objective of the project is to develop novel compact optomechanical nano-resonators, based on photonic crystals slab resonators, and demonstrate the feasibility of classical applications (such as microwave oscillators) of the coupling of light to localized mechanical vibrations. This multifaceted project involves nanofabrication in the laboratory clean rooms, laser physics, nanophotonics, optics and cryogenics, as well as numerical simulation of the resonators and thus allows acquiring a broad knowledge in several fields and of many experimental techniques.

  • Les membranes à cristaux photoniques comme miroir déformable pour l'optomécanique en cavité

    • T. Antoni-(2011-09-01 / 2012-08-31)
    Contact : I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Les membranes à cristaux photoniques formées d'un arrangement carré de trous, peuvent être utilisées comme miroir à incidence normale. Déjà employées dans la réalisation de résonateurs optiques passifs ou actifs (VCSEL), nous avons étendu leur usage à l'optomécanique en cavité, en collaboration étroite avec l' équipe « Mesure et Bruits fondamentaux» au LKB. Nous avons notamment démontré que ces membranes sont le siège de modes de vibrations dans le domaine du MHz et que leur réflectivité à 1064 nm et à incidence normale est supérieure à 95 % . Le travail post-doctoral exploite ces deux éléments, combinés à la très faible masse du miroir, pour l'étude des effets optomécaniques dans une configuration de type cavité Fabry-Perot (effet d'action en retour quantique...).

  • Bruit d’intensité relatif dans les nanolasers à émission spontanée contrôlée

    • X. Hachair-(2009-11-01 / 2010-12-31)
    Contact : I. Robert-Philip , A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Ce projet entreprend le développement de lasers semi-conducteurs bas bruit non-conventionnels, par une étude des propriétés de bruit et ses limites fondamentales dans des nanolasers à émission spontanée contrôlée. Dans ces lasers, la fraction d’émission spontanée véhiculée dans le mode laser est grande, impactant ainsi fortement les caractéristiques de seuil, de dynamique et de bruit de ces composants nouveaux. D’un point de vue applicatif, ce projet pourrait proposer de nouvelles sources de lumière cohérentes aux propriétés singulières (grande bande passante de modulation directe, faible temps d’allumage, faible bruit d’intensité…), avec des applications potentielles couvrant les datacoms, la métrologie, la spectroscopie… D’un point de vue fondamental, ces lasers aux propriétés spécifiques offriront un éclairage nouveau sur la physique du seuil et du bruit dans les lasers de dimensions de l’ordre de la longueur d’onde. Dans un contexte de réduction de dimensionnalité des composants, cette étude est une étape essentielle en vue du développement de circuits optiques en nanophotonique intégrant des sources de lumière cohérente.

  • Étude du déclenchement de l'émission stimulée dans un laser à microcavité semiconducteur

    • E. Viasnoff-Schwoob-(2004-11-01 / 2005-02-21)
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Ce stage vise l'étude de l'initiation de l'émission stimulée dans une microcavité à semiconducteur avec un facteur de à émission spontanée contrôlée, avec comme but la réalisation des conditions d'émission stimulée en l'absence d'inversion de population.

  • Passage du seuil dans les lasers à émission spontanée contrôlée

    • I. Maurin-(2003-12-01 / 2004-08-31)
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Post doctorat

  • Microcavités optimisées pour la génération d'états non-classiques de la lumière

    • P. Kramper-(2002-11-01 / 2003-10-31)
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Post doctorat

Thèse


  • Optomécanique dans les cristaux photoniques

    • V. Tsvirkun-(En cours depuis 2012-09-01)
    Contact : I. Robert-Philip , R. Braive
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    This PhD-topic is carried out in the context of the EU-funded Marie Curie training network cQOM (“Cavity Quantum Optomechanics”). It concerns the processing of photonic crystal-based optomechanical resontaors and investigation of optomechanical effects on such platform.

  • Seuil et bruit dans les lasers de dimensions limitées par la diffraction

    • A. Lebreton-(En cours depuis 2010-01-10)
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Ce projet entreprend l’étude de lasers semi-conducteurs, qui , par la réduction de leur dimensionnalité aux échelles submicroniques, incluent un petit nombre de dipôles émetteurs et sont le siège d’un faible nombre de modes optiques. Formés d’une microcavité optique, ces lasers sont soumis à des effets de cavité, notamment l’effet Purcell. Les récents progrès en nanofabrication ont permis dernièrement l’étude expérimentale de ces lasers, notamment au LPN. Dans ces lasers, la fraction d’émission spontanée véhiculée dans le mode laser est grande, impactant fortement les caractéristiques de seuil, de dynamique et de bruit de ces composants atypiques. L’objet de ce travail de thèse sera de revisiter la physique nouvelle de ces lasers, qui est encore incomprise.

  • Les boîtes quantiques : des nanosources pour l’information quantique

    • D. Elvira-(2009-10-01 / 2012-10-31)
    Contact : I. Robert-Philip , A. Beveratos , I. Sagnes
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
                Elaboration et Physique des Structures Epitaxiées (ELPHYSE)
    En savoir plus
    Des expériences de pensées aux réalisations en laboratoire, le champ de la mécanique quantique s’est considérablement élargi pour rejoindre le domaine du traitement de l’information et donner naissance au traitement de l’information quantique. L’information est alors codée sur un objet quantique unique, tel qu’un photon unique. La cryptographie quantique est certainement l’exemple le plus abouti dans ce domaine. Cependant, la mise en œuvre efficace de systèmes de distribution quantique de clé de cryptage repose sur l’utilisation de sources déterministes efficaces de photons intriqués. La réalisation d’une telle source est toujours l’objet de recherche en laboratoire. C’est notamment l’objet de nos travaux. Cette étude sera au cœur des études expérimentales menées dans le cadre de cette thèse. Pour produire des photons intriqués, nous utiliserons une boîte quantique semiconductrice, nano-objet semiconducteur qui piège les porteurs de charges dans les trois directions de l’espace. Ces objets, en tant qu’objet individuel, émettent des photons un par un à la demande. Insérés dans des microcavités (cavité dont les dimensions sont de l’ordre de la longueur d’onde), les propriétés de ces photons uniques peuvent être modifiés : degré d’intrication, directions de propagation… Ainsi, grâce à la présence de la cavité autour de la boîte quantique, on peut réaliser une source efficace de photons intriqués à la demande. Ce travail de thèse se déroulera en deux grandes étapes : - génération de photons uniques et de paires de photons à partir d’une boîte quantique unique. Cet axe comportera, entre autres, une étude des potentialités de boîtes quantiques formées par nano-croissance localisée. La génération de photons uniques et de paires de photons sera mise en évidence par des mesures de corrélation de photons. Plusieurs schémas d’intrication seront envisagés : intrication en temps-position et intrication en polarisation. - collecte efficace des photons individuels produits. Les boîtes quantiques usuelles sont enterrées dans une matrice solide de fort indice et seulement quelques pourcents des photons émis peuvent être collectés. Pour accroître l’efficacité globale de la source, on isolera la boîte quantique dans une microcavité appropriée, de sorte que les photons soient émis plus rapidement et dans des directions préférentielles qui peuvent être aisément collectés en espace libre ou via un fibre optique. La cavité permettra parallèlement d’accroître le degré d’intrication des photons émis, en réduisant l’impact des effets de décohérence. Le travail de thèse comportera un volet de caractérisation optique et un volet de fabrication des sources. Les objets étudiés seront entièrement fabriqués dans les salles blanches de notre laboratoire au moyen de différents outils de pointe utilisés en nanotechnologie.

  • Boîtes quantiques localisées : pour une mise en œuvre déterministe de l’interaction lumière-matière en cavité à l’état solide

    • B. Fain-(2009-10-01 / 2012-10-31)
    Contact : I. Sagnes , A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
                Elaboration et Physique des Structures Epitaxiées (ELPHYSE)
    En savoir plus
    De nombreuses sources innovantes de lumière exploitent le couplage d’émetteurs ponctuels uniques à une microcavité optique (résonateur dont les dimensions sont de l’ordre de la longueur d’onde). Ces sources peuvent être des sources de photons uniques efficaces pour des applications prospectives en cryptographie quantique. On peut aussi mentionner les nanolasers non-conventionnels dans lesquels les propriétés spatiales et dynamiques de l’émission spontanée sont modifiées, offrant ainsi des seuils lasers réduits et des bandes passantes de modulation directe accrues. Ces sources exploitent des effets d’interaction lumière-matière en cavité. Lorsqu’un dipôle émetteur est couplé spatialement et spectralement au mode d’une microcavité, sa dynamique d’émission spontanée peut être accélérée. L’effet concomitant est une redistribution spatiale du rayonnement, avec un couplage préférentiel du rayonnement dans le mode de la cavité optique. Une des limites majeures à la mise en œuvre de tels effets est son caractère résonant : le dipôle doit être en résonance spatiale et spectrale avec le mode de la cavité optique. En physique des semiconducteurs, les boîtes quantiques, nano-objets semiconducteurs qui piègent les porteurs de charges dans les trois directions de l’espace, constituent un émetteur de choix pour mettre en jeu de tels effets de cavité. Cependant, dans la plupart des expériences utilisant des boîtes quantiques en cavité, la position de la boîte est aléatoire et sa longueur d’onde d’émission n’est que relativement contrôlée. Ces expériences réalisent donc un grand nombre de cavité, qui sont par la suite testées pour identifier celles dans lesquelles une boîte quantique est bien localisée à la fois spatialement et spectralement par rapport au mode de la cavité optique. Afin de pouvoir bénéficier pleinement des effets de cavité, nous avons initié un travail de croissance localisée de boîtes quantiques, en réalisant des nano-ouvertures dans une couche de diélectrique. La boîte est ensuite crue au sein de la nanoouverture, dont nous connaissons précisément la position. L’accord spatial entre la boîte et le mode optique est donc aisément satisfait. L’objet de ce travail de thèse consistera dans un premier temps en l’étude des conditions de croissance de ces nano-objets au sein des ouvertures et de leurs propriétés (via des études structurales et des études de spectroscopie). Ces boîtes seront ensuite insérées dans des microcavités optiques et nous étudierons les effets de couplage lumière-matiére sur la dynamique et la distribution spatiale du rayonnement, avec pour objectif ultime la réalisation de nanosources pour la cryptographie quantique et de nanolasers pour la photonique. Le travail de thèse comportera un volet d’analyse structurale, un volet de caractérisation optique et un volet de croissance et fabrication des sources. Les objets étudiés seront entièrement fabriqués dans les salles blanches de notre laboratoire au moyen de différents outils de pointe utilisés en nanotechnologie.

  • Nano-Sources pour l'optique quantique : photons uniques et intriqués

    • M. Larque-(2006-10-01 / 2009-09-30)
    Contact : I. Abram , I. Robert-Philip , A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    L'un des principaux accomplissements scientifiques du siècle dernier est sans doute le développement de la Physique Quantique. Cet avènement constitua une révolution tant d'un point de vue du formalisme que conceptuel, car nombreuses sont ses prédictions qui apparaissent dénuées d'intuition. C'est pourquoi son interprétation aussi bien que sa complétude ont souvent faits l'objet de controverses philosophiques qui furent souvent déclinées sous la forme d’ « expériences de pensée » (ou Gedanken Experiments) destinées à mieux percevoir ou réfuter certains de ses fondements. Parallèlement, au cours du siècle dernier, notre société est entrée dans l'ère de l'information qui requiert un traitement toujours plus puissant. Aujourd’hui, ces deux théories, théorie de l’information et théorie quantique, se recoupent sous un champ d’activité émergent sous l’appellation de « traitement de l’information quantique ». Ce domaine d’activité propose de tirer parti des corrélations subtiles entre états quantiques pour effectuer des opérations de communication ou de logique. Ces états quantiques peuvent par exemple être composés par une particule élémentaire de lumière (le photon). Nos travaux s’inscrivent dans ce contexte. Ils visent la génération d’états quantiques de la lumière, outils indispensables non seulement pour la mise en œuvre d’expériences de pensée, confirmant les prévisions contre-intuitives de la mécanique quantique, mais aussi pour l’ingénierie de dispositifs de traitement de l’information quantique. Ces états quantiques peuvent être des photons uniques indiscernables ou bien des photons intriqués ou bien des photons en nombre contrôlé. Dans la pratique, nos expériences reposent sur le contrôle du rayonnement de boîtes quantiques uniques, structures en semi-conducteur extrêmement petites (de quelques nanomètres de hauteur pour quelques dizaines de nanomètres de diamètre) enterrées dans des microcavités optiques (minuscule résonateur optique dont les dimensions sont de l’ordre de la longueur d’onde, environ quelques centaines de nanomètres). L’objectif de ce travail est double. D'un point de vue technologique, il s'agit de montrer la faisabilité d'une source d’états quantiques de la lumière, compacte et intégrable. D'un point de vue fondamental, il s'agit de mettre en évidence la qualité des corrélations entre états quantiques rayonnés. Il s’agit de véritablement conférer à notre source les caractéristiques essentielles qui lui permettront d'être l'un des composants clés des futures expériences, validant les concepts fondamentaux de la mécanique quantique mais aussi permettant la réalisation de démonstrateurs de logique quantique.

  • Sources de photons uniques aux longueurs d'onde des Télécommunications

    • R. Hostein-(2006-09-01 / 2009-09-01)
    Contact : A. Beveratos , I. Sagnes
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantqiue, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner au naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La source ici étudiée sera une boîte quantique InAs/InP insérée dans une microcavité. Le travail de thèse conmprendra un volet de fabrication et d'expérimentation optique, visant à valider la faisabilité d'une source efficace de photons uniques.

  • Sources à boites quantiques en cavités à cristaux photoniques pour le traitement de l'information quantique

    • R. Braive-(2005-10-01 / 2008-09-30)
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le travail de thèse porte sur la réalisation de micro-sources lumineuses à l’état solide pour le traitement de l’information quantique. La micro-source solide développée sera une boîte quantique auto-assemblée d’InAs/GaAs, placée dans une microcavité optique à cristal photonique. La cavité est formée d'un cristal photonique bi-dimensionel gravé dans une membrane suspendue.

  • Photons intriqués à partir de boîtes à semi-conducteur

    • S. Laurent-(2003-10-01 / 2006-09-01)
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le travail de thèse vise la réalisation de sources de photons intriqués solides et intégrables à partir de boîtes quantiques uniques InAs isolées dans des cavités à cristaux photoniques. L'accélération de la dynamique d'émission spontanée induite par la présence de la cavité permet de se prémunir contre les effets rapides de pertes decohérence.

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

    • S. Varoutsis-(2002-10-01 / 2005-09-01)
    Contact : I. Abram , I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    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 multiphotonique : 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.

Stage


  • Nano-optomécanique en cavité dans les cristaux photoniques

    • Niveau : Master2
    Contact : I. Robert-Philip , R. Braive
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    This project aims to develop novel compact optomechanical nano-resonators, based on photonic crystals slab resonators, and demonstrate the feasibility of classical applications (such as microwave oscillators) of the coupling of light to localized mechanical vibrations. The objectives of the training will be to observe the mechanical motion of the membrane via optomechanical coupling in a fully-integrated platform, in view of elucidating the physics that governs the interaction between photons and phonons in such devices and implementing radically-new optomechanically-driven RF oscillators. These latter objectives will be at the core of a PhD work that will be carried out in the context of the EU-funded Marie Curie training network cQOM (“Cavity Quantum Optomechanics”).

  • Un nouvel éclairage sur la physique des lasers : Les nanolasers

    • Niveau : Master2
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Au cours des cinquante dernières années, les lasers sont devenus de plus en plus petits. Leurs dimensions ont aujourd'hui atteint les échelles nanométriques, échelles auxquelles elles deviennent de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière émise, dimension ultime permise par la diffraction. Dans ces très petites cavités, des effets quantiques modifient les mécanismes d'émission de lumière. En particulier, l'émission spontanée devient plus rapide. De plus, ces lasers sont le siège d’un faible nombre de modes optiques et leur milieu à gain n’inclue qu’un très faible nombre de dipôles émetteurs. Ceci modifie radicalement la physique des nanolasers en regard de celle qui gouverne les lasers conventionnels, notamment en termes de seuil et de cohérence [1]. En particulier, le passage du seuil dans ces lasers est graduel [2] contrairement aux lasers traditionnels dans lesquels il est abrupt. De plus au passage du seuil, leur fonctionnement est fortement marqué par les effets quantiques, imitant le comportement général des systèmes prédateurs-proies en régime de faible population déjà étudiés en écologie, épidémiologie,... [1] : les photons sont les « prédateurs » qui se nourrissent de « proies » (les dipôles), ce qui produit des variations cycliques des populations des deux espèces. Le projet de stage s'inscrit dans ce contexte. Il portera sur la dynamique de ce nouveau système modèle de type prédateurs-proies. Cette dynamique sera étudiée en recourant à des techniques d'optique quantique (corrélations de photons...). Ce stage pourra se prolonger par un travail de thèse, qui impliquera la fabrication et l'étude de tels lasers marqués par les effets quantiques de cavité. [1] arXiv:1106.1279 [2] Opt. Lett. 35, 1154 (2010)

  • Spectroscopie par corrélations de photons de nanolasers à émission spontanée contrôlée

    • A. Bazin-(2009-04-01 / 2009-07-30)
    Niveau : Master2
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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    Aujourd’hui, dans un contexte de réduction de dimensionnalité des composants, le développement de sources laser de dimensions nanométriques est une étape essentielle à franchir. Cependant, la réduction de taille à des échelles de l’ordre de la longueur d’onde optique donne lieu à une nouvelle physique. Les cavités optiques des nanolasers sont le siège d’un faible nombre de modes optiques et leur milieu à gain n’inclue qu’un très faible nombre de dipôles émetteurs. De plus, à ces échelles, des effets quantiques d’Electrodynamique Quantique en Cavité (EQC) apparaissent, notamment l’accélération du processus d’émission spontanée qui se couple préférentiellement au mode utile de la source. Ceci se traduit par un passage graduel et non-abrupt du seuil, contrairement aux lasers conventionnels macroscopiques. Grâce aux récents progrès en nanofabrication et dans la conception de microcavités optiques, l’effet laser a déjà pu être observé dans de telles structures, notamment au LPN, en isolant des boîtes quantiques semiconductrices (comme milieu à gain) dans différentes cavités (micropiliers, cavités à cristal photonique…). Ces lasers atypiques présentent bien un passage progressif du seuil. Cependant, la physique qui gouverne leur fonctionnement, reste cependant toujours incomprise. Parmi les questions sans réponse, quel est l'impact des effets thermiques sur la réponse du laser et comment évolue sa largeur de raie? Ce stage a consisté en la mesure de ces paramètres par des techniques de spectroscopie par corrélations de photons.

  • Spectroscopie de boîtes quantiques uniques semiconductrices sur InP, pour la génération de photons uniques aux longueurs d'onde des télécommunications

    • D. Elvira-(2009-03-01 / 2009-07-31)
    Niveau : Master2
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantqiue, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner au naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La source ici étudiée sera une boîte quantique InAs/InP insérée dans une microcavité. Le travail de stage a consisté à valider la faisabilité d'une source de photons uniques à partir de tels nano-objets.

  • Sources innovantes pour le traitement de l'information quantique : un émetteur unique dans une microcavité

    • R. Hostein-(2006-02-23 / 2006-06-30)
    Niveau : Master2
    Contact : I. Abram , I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    L'un des principaux accomplissements scientifiques du siècle dernier est sans doute le développement de la Physique Quantique. Aujourd'hui, le champ de la physique quantique s'est étendu pour rejoindre celui du traitement de l'information. La mise en oeuvre de ce nouveau domaine d'activité requiert, entre autres, la réalisation de sources d'états quantiques de la lumière (photons uniques, photons intriqués, photons en nombre contrôlé...). Pour fabriquer de telles sources, nous exploitons les propriétes d'émission d'un émetteur unique (une boîte quantique) isolée dans un résonateur optique dont les dimensions sont de l'ordre de la longueur d'onde (microcavité). L'objet du stage sera l'étude expérimentale de microcavités originales pour la réalisation de telles sources : des cavités en forme de piliers ou des cavités à cristal photonique (formées d'un réseau de trous percés dans une membrane).

  • Optique quantique et boites quantiques : nano-lasers sans seuil

    • M. Larque-(2006-01-03 / 2006-08-31)
    Niveau : Master2
    Contact : I. Abram , I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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    Le fonctionnement des composants électroniques et optoélectroniques actuels, ainsi que les caractéristiques des signaux qu'ils produisent, reposent sur les principes de la physique classique. Ceci est dû à leur taille relativement grande (supérieure à la centaine de nanomètres) qui induit des effets de moyenne, effaçant les manifestations quantiques des phénomènes sous-jacents. Néanmoins, la miniaturisation constante et l'augmentation de sensibilité des dispositifs permettront, dans un horizon de 10 à 15 ans, d'accéder à des dimensions qui laissent entrevoir la possibilité que des effets quantiques se manifestent dans le fonctionnement des composants et dans les caractéristiques des signaux. Parmi ces effets, citons l'incertitude, la superposition ou l'intrication. La prise en compte de ces phénomènes quantiques permettrait, d'une part, de contourner leurs effets indésirables (tels que le “ bruit ” introduit par l'incertitude quantique ou l'effet tunnel) et, d'autre part, de les exploiter pour mettre en place des procédés de traitement de l'information basés sur des phénomènes quantiques. L'objet de ce travail de thèse est la réalisation d'un laser ultime : Le laser à une seule boîte quantique. Ces nano-lasers peuvent être fabriqués en isolant une boîte quantique (nano-émetteur en semiconducteur) dans un résonateur optique de grand facteur de qualité et dont les dimensions sont de l'ordre de la longueur d'onde (microcavité). Dans ce régime, un tel laser doit permettre de générer des états comprimés en intensité et présenter un seuil d'oscillation laser tel que le seuil au sens quantique (deux photons dans le mode laser) est atteint avant le seuil au sens classique (inversion de population). Ce travail de thèse présentera un volet technologique, expérimental et théorique.

  • Emission d'états intriqués dans les boîtes à semi-conducteur

    • S. Laurent-(2003-01-01 / 2003-04-30)
    Niveau : Master2
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    DEA physique quantique de Paris VI, ENS et Ecole Polytechnique

  • Modélisation des NanoLasers

    • A. Syries-(2010-06-01 / 2010-07-30)
    Niveau : Master1
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Aujourd’hui, dans un contexte de réduction de dimensionnalité des composants, le développement de sources laser de dimensions nanométriques est une étape essentielle à franchir. Cependant, la réduction de taille à des échelles de l’ordre de la longueur d’onde optique donne lieu à une nouvelle physique. Les cavités optiques des nanolasers sont le siège d’un faible nombre de modes optiques et leur milieu à gain n’inclue qu’un très faible nombre de dipôles émetteurs. De plus, à ces échelles, des effets quantiques d’Electrodynamique Quantique en Cavité (EQC) apparaissent, notamment l’accélération du processus d’émission spontanée qui se couple préférentiellement au mode utile de la source. Ceci se traduit par un passage graduel et non-abrupt du seuil, contrairement aux lasers conventionnels macroscopiques. Grâce aux récents progrès en nanofabrication et dans la conception de microcavités optiques, l’effet laser a déjà pu être observé dans de telles structures, notamment au LPN, en isolant des boîtes quantiques semiconductrices (comme milieu à gain) dans différentes cavités (micropiliers, cavités à cristal photonique…). Ces lasers atypiques présentent bien un passage progressif du seuil. Cependant, la physique qui gouverne leur fonctionnement, reste cependant toujours incomprise. Elle demande d’allier deux domaines de la physique relativement disjoints : celui de la physique traditionnelle des lasers et celui de l’optique quantique. Ce stage a étudé théoriquement les meçanisme du passage du seuil, en terme d'intensité produise et de statsitique des photons émis. Il s'est intéressé à la physique des lasers ultimes : le laser à une boîte quantique.

  • Caractérisation de l'émission laser de boîtes quantiques en nanocavités

    • M. Simeni-(2010-04-19 / 2010-07-30)
    Niveau : Master1
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Les cristaux photoniques sont des matériaux artificiels qui présentent une modulation périodique de l’indice dans une, deux ou trois directions de l’espace. Le cristal se comporte comme un miroir dans lequel la lumière, à certaines fréquences, ne peut se propager. Dès lors, en entourant un tout petit volume de matière par de tels miroirs, on peut piéger, à certaines fréquences, la lumière dans un tout petit espace et ce dans les trois directions de l’espace. On réalise ainsi des microcavités de dimension de l’ordre de la longueur d’onde (quelques centaines de nanomètres pour de lumière aux environs de 1.55 µm). Ces cavités confinent la lumière sur des très petits volumes, et ce sur des temps très longs record en physique du solide (temps de l’ordre de la centaine de ps). En insérant un milieu actif dans de tels résonateurs (par exemple des boîtes quantiques, nano-émetteurs semiconducteurs), on réalise des nanolasers aux propriétés particulières, notamment un passage très progressif (et non marqué) du régime d’émission spontanée vers l’émission stimulée. De telles sources de lumière cohérentes ouvrent de nombreuses perspectives d’application, notamment grâce à leur compacité, leur très faible seuil, la sensibilité de leur longueur d’onde de résonance à toute action extérieure et leur rapidité (avec des temps de réponse de l’ordre de la dizaine de ps). Parmi ces applications, on peut citer les capteurs de gaz, les bio-capteurs de très grande sensibilité… L’objet du stage a consisté en la caractérisation optique de tels lasers par des techniques de microphotoluminescence résolue en temps, notamment l'étude du passage du seuil progressif et non-abrupt.

  • Contrôle de l'émission spontanée dans les cavités à cristaux photoniques

    • Y.-O. Renault-(2004-04-01 / 2004-07-01)
    Niveau : Master
    Contact : I. Abram
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Stage d'élève ingénieur de Polytechnique

  • Impact du désordre dans les cristaux photoniques

    • C. Frapolli-(2010-05-31 / 2010-05-01)
    Niveau : Licence
    Contact : I. Robert-Philip , A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Les cristaux photoniques sont des matériaux artificiels qui présentent une modulation périodique de l’indice dans une, deux ou trois directions de l’espace. Le cristal se comporte comme un miroir dans lequel la lumière, à certaines fréquences, ne peut se propager. Dès lors, en entourant un tout petit volume de matière par de tels miroirs, on peut piéger, à certaines fréquences, la lumière dans un tout petit espace et ce dans les trois directions de l’espace. On réalise ainsi des microcavités de dimension de l’ordre de la longueur d’onde (quelques centaines de nanomètres pour de lumière aux environs de 1.55 µm). Ces cavités confinent la lumière sur des très petits volumes, et ce sur des temps très longs record en physique du solide (temps de l’ordre de la centaine de ps). En insérant un milieu émetteur dans de tels résonateurs (par exemple des boîtes quantiques, nano-émetteurs semiconducteurs), on réalise des sources de photons uniques ou bien des nanolasers aux propriétés particulières, notamment un passage très progressif (et non marqué) du régime d’émission spontanée vers l’émission stimulée. Cependant, lors de la fabircation, un désordre spatial apparait : fluctutations dans l árragement périodique des trous ou bien dans le diamètre des trous. L'objet de ce stage a été de caractériser, comprendre et quantifier l'impact de ce désordre sur les propriétés optiques des cavités.

  • Nanolasers à émission spontanée contrôlée : Mesure de largeurs de raie par corrélation de photons

    • A. Rispe-(2009-07-01 / 2009-07-30)
    Niveau : Licence
    Contact : I. Robert-Philip
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Aujourd’hui, dans un contexte de réduction de dimensionnalité des composants, le développement de sources laser de dimensions nanométriques est une étape essentielle à franchir. Cependant, la réduction de taille à des échelles de l’ordre de la longueur d’onde optique donne lieu à une nouvelle physique. Les cavités optiques des nanolasers sont le siège d’un faible nombre de modes optiques et leur milieu à gain n’inclue qu’un très faible nombre de dipôles émetteurs. De plus, à ces échelles, des effets quantiques d’Electrodynamique Quantique en Cavité (EQC) apparaissent, notamment l’accélération du processus d’émission spontanée qui se couple préférentiellement au mode utile de la source. Ceci se traduit par un passage graduel et non-abrupt du seuil, contrairement aux lasers conventionnels macroscopiques. Grâce aux récents progrès en nanofabrication et dans la conception de microcavités optiques, l’effet laser a déjà pu être observé dans de telles structures, notamment au LPN, en isolant des boîtes quantiques semiconductrices (comme milieu à gain) dans différentes cavités (micropiliers, cavités à cristal photonique…). Ces lasers atypiques présentent bien un passage progressif du seuil. Cependant, la physique qui gouverne leur fonctionnement, reste cependant toujours incomprise. Parmi les questions sans réponse, quel est l'impact des effets thermiques sur la réponse du laser et comment évolue sa largeur de raie? Ce stage a consisté en la mesure de ces paramètres par des techniques de spectroscopie par corrélations de photons.

  • Boîtes quantiques sur InP : Mesure de la réponse temporelle de nano-émetteurs semiconducteurs

    • L. Moniello-(2009-06-01 / 2009-06-30)
    Niveau : Licence
    Contact : A. Beveratos
    Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
    En savoir plus
    Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantqiue, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner au naissance à l'optique intégrée pour les communications quantiques. Un des enjeux aujourd'hui dans ce domaine est le développement de sources de photons uniques aux longueurs d'onde des télécommunications. La source ici étudiée sera une boîte quantique InAs/InP insérée dans une microcavité. Le travail de stage a consisté à valider la faisabilité d'une source de photons uniques à partir de tels nano-objets.
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Mis à jour le
05/07/2012

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