Theoretical study of the non-classical properties of the light emitted by the semiconductor microcavities in the strong coupling regime.
Etude théorique des propriétés non-classiques de la lumière émise par des microcavités semiconductrices dans le
régime de couplage fort
Résumé
This manuscript is a theoretical study of the non-classical properties of the light emitted by the semiconductor microcavities in the strong coupling regime. In this respect, we have studied both single photon and twin photon sources based on polariton-polariton interactions. In a first part, we have demonstrated the possible realization of a sub-poissonian light source based on photon confined structures. For a small enough photonic dot embedded in a planar microcavity, one can reach a non-linear regime where the introduction of one single photon is sufficient to detune the resonance by more than a linewidth. This leads to the so-called polariton quantum blockade. In this regime, we have shown that it is possible to create a novel single photon source, presenting in detail its intrinsic properties. We have highlighted the various aspects of its performance, in the continous regime as well as in the pulsed regime. In the second part, we have studied the quantum correlations properties of ring-shaped parametric fluorescence from a planar microcavity excited by a symmetric two-pump excitation. Using a Wigner Quantum Monte Carlo algorithm, we have characterized the quantum correlations taking place between the signal and idler beams on the opposite sides of the ring. The results indicate that even in presence of multiple scattering, realistic losses and static disorder, the signal and idler beams maintain a significant amount of quantum correlations. The dependance of the quantum correlation on the pump intensity has been characterized across the parametric instability threshold, showing the regime here the non-classical features are maximized.
Ce mémoire de thèse a pour sujet l'étude théorique des propriétés non-classiques de la lumière émise par les microcavités semiconductrices dans le régime de couplage fort. Dans ce cadre, nous avons étudié ces structures comme des sources de photons uniques ou de photons jumeaux. Nous avons démontré dans un premier temps l'opportunité de créer une source de lumière de statistique sub-poisonnienne à partir de structures photoniques confinées. Pour des boîtes photoniques suffisamment étroites au sein de microcavités semiconductrices, on atteint un régime non-linéaire tel que l'introduction d'un seul photon suffit à décaler la résonance d'absorption de la structure de plus d'une largeur de raie, engendrant le phénomène de blocage quantique. Nous avons montré qu'en utilisant ce mécanisme de blocage, il est possible de créer une source de photons uniques originale, dont nous avons présenté les caractéristiques. Nous avons présenté les différents aspects de son fonctionnement tant en régime continu qu'en régime pulsé. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés de corrélation entre paires signal et complémentaire émises par fluorescence paramétrique dans une configuration d'excitation symétrique dans une microcavité planaire. En utilisant l'algorithme de Monte Carlo quantique, nous avons montré qu'il existe des corrélations quantiques entre ces deux faisceaux. En étudiant l'impact du désordre (qui brise l'invariance par translation) de la cavité sur ces corrélations, nous montrons que celui-ci dégrade le caractère quantique des corrélations lorsque l'intensité de l'excitation est modérée. La dépendance en intensité des corrélations quantiques entre faisceaux a été caractérisée au-dessus et en-dessous du seuil d'instabilité paramétrique, nous permettant d'identifier le régime où le caractère non-classique du système est maximal.
Loading...