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Excitation résonante et non-linéarité à faible nombre de photons d’une boîte quantique en microcavité - Vivien Loo - Mardi 17 novembre 2015 à 11 h

INSP - 4 place Jussieu - 75252 PARIS Cedex 05 - Barre 22-32 - 2e étage, salle 201

Vivien Loo, doctorant au Laboratoire de Photonique et Nanostructures (LPN) - Orsay

Résumé

Sous excitation résonante, une boîte quantique semiconductrice se comporte comme un milieu extrêmement non linéaire, puisqu’elle ne peut absorber qu’un seul photon à la fois. Une telle propriété permettrait en particulier d’effectuer des opérations logiques sur des photons uniques. Toutefois, cet effet n’est pas efficacement exploitable avec une boîte quantique dans un matériau homogène car la section efficace d’interaction avec les photons est très faible. Pour pallier à ce manque d’interaction entre la boîte quantique et l’espace libre, il est possible de la coupler fortement à son environnement électromagnétique immédiat, à l’aide d’une microcavité. Dès lors, chaque photon injecté dans la cavité interagit efficacement avec la boîte quantique.

J’ai réalisé un montage expérimental permettant l’excitation résonante de systèmes couplés micropilier-boîte quantique. J’ai en particulier étudié un dispositif en régime de couplage fort, réalisé grâce à la technique de couplage déterministe développée au LPN.

La forte interaction entre la boîte et le micropilier nous a permis d’observer la non-linéarité optique géante induite par la boîte quantique : en augmentant la puissance incidente, la réflectivité du dispositif diminue. La transition du régime de basse puissance à celui de haute puissance s’observe à un seuil de 8 photons par impulsion. Il s’agit d’un record dans le domaine, permis par le recouvrement presque parfait entre le faisceau incident et le mode fondamental de la cavité.

La réflectivité du dispositif est très sensible aux fluctuations de l’énergie de la boîte quantique. Notre montage expérimental a un rapport signal sur bruit suffisamment haut pour observer directement ces fluctuations à l’échelle de la microseconde. Ces données en temps réel permettent d’étudier en détail les mécanismes qui se cachent derrière ces fluctuations.