Luminescence, bruit et effets non linéaires dans les microcavités semi-conductrices

Gaétan Messin (1)

1 LKB (Jussieu) - Laboratoire Kastler Brossel

The purpose of this work was the study of light-matter interaction in quantum wells semiconductor microcavities. We have studied the coherent response of a semiconductor microcavity optically excited by a quasi-monochromatic CW laser. We have shown the existence of the strong coupling regime between the resonant mode of the cavity and the excitons of the quantum well embedded inside the cavity. Then we have shown that besides the coherent reflected field, the microcavity emits quasi-resonant luminescence. At low temperature (4K), we have shown that this photoluminescence is due to collisions between excitons and the acoustic phonons of the crystal. Finally, we have studied the intensity noise of the outgoing field by means of a homodyne balanced detection. We have shown that the measured noise arises from the incoherent emission of luminescence from the microcavity. We observed that this noise has a nonlinear behaviour coming from interactions between excitons.

L'objet de ce travail est l'étude de l'interaction lumière-matière dans les microcavités semi-conductrices à puits quantiques. Nous avons étudié la réponse cohérente d'une microcavité semi-conductrice soumise à une excitation optique au moyen d'un laser continu quasi-monochromatique. Nous avons pu mettre en évidence l'existence d'un régime de couplage fort entre le mode résonant de la microcavité et les excitons du puits quantique placé à l'intérieur de la cavité. Nous avons ensuite montré qu'en plus du champ cohérent réfléchi, la microcavité émet de la photoluminescence quasi-résonante. À basse température (4K), nous avons montré que cette luminescence est due aux collisions des excitons avec les phonons acoustiques du cristal. Enfin, nous avons étudié le bruit sur l'intensité du champ sortant au moyen d'une détection homodyne équilibrée. Nous avons mis en évidence que le bruit mesuré résulte de l'émission incohérente de la microcavité, c'est-à-dire de la photoluminescence. Nous avons observé que ce bruit a un comportement non linéaire dont l'origine se trouve dans l'interaction entre excitons.

Mots clés: Semiconductor microcavities; Quantum wells; Vacuum Rabi Splitting; Strong coupling regime; Nonlinear optics; Quantum noise.

Mots clés: Microcavités semi-conductrices; Puits quantiques; Excitons; Dédoublement de Rabi; Couplage fort; Photoluminescence; Optique non lineaire; Bruit quantique.; Bruit quantique

Domaines: Physique Atomique [physics.atom-ph]

Gaétan Messin. Luminescence, bruit et effets non linéaires dans les microcavités semi-conductrices. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00000858v2⟩