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Fiche détaillée Thèses
Université Pierre et Marie Curie - Paris VI (25/03/2011), Jérôme Tignon (Dir.)
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Microcavités semiconductrices structurées pour la génération paramétrique optique
Timothée Lecomte1

Cette thèse est consacrée aux phénomènes paramétriques optiques dans les microcavités de semiconducteurs structurées. Les non-linéarités des excitons des puits quantiques, associées au confinement optique, permettent d'observer des processus paramétriques sous excitation résonnante. Dans le régime d'oscillation, un couple de faisceaux est généré, dont les corrélations d'intensité sont potentiellement quantiques. Dans les cavités planaires, les conditions d'oscillation (angle de pompage, couplage fort) sont restrictives, et les corrélations sont limitées par le déséquilibre en intensité des faisceaux produits. Nous étudions deux approches de structuration pour lever ces restrictions. Dans la première, des microcavités sont gravées en fils. Le confinement latéral fait apparaître une collection de modes. Nous montrons dans ces fils l'existence de l'oscillation paramétrique dégénérée en énergie et mesurons les corrélations d'intensité des faisceaux générés. Les observations sont confrontées quantitativement à un modèle de polaritons en interaction. Dans la seconde approche, nous étudions des microcavités couplées. Les modes sont délocalisés sur les multiples cavités. Nous présentons l'oscillation paramétrique à basse température. Puis nous analysons un échantillon conçu pour la génération paramétrique à température ambiante. L'étude spectrale valide un modèle de système à 2 niveaux, utilisé pour prévoir les conditions d'observation du régime d'oscillation. Enfin, nous présentons une étude en polarisation de la génération paramétrique. Nous mesurons, sur une large gamme de paramètres, le rapport des potentiels d'interaction entre excitons qui conservent ou non la polarisation.
1 :  LPA - Laboratoire Pierre Aigrain
microcavité – semiconducteur – polariton – fils photoniques – oscillation paramétrique optique – corrélations quantiques

Structured semiconductor microcavities for optical parametric generation
This work is devoted to optical parametric phenomena in structured semiconductor microcavities. Non-linearities of the excitons in quantum wells, associated with optical confinement, make parametric processes possible. In the oscillation regime, a pair of beams is generated, whose intensity correlations are potentially of quantum nature. In planar cavities, the oscillation conditions are restrictive (pump at non-zero angle, low temperatures for strong coupling), and the correlations are limited by the beams intensity unbalance. We study two approaches to structuring in order to lift these restrictions. In the first approach, the microcavities are etched as wires. The lateral confinement produces a collection of modes. We show the existence of energy-degenerate parame- tric oscillation in these wires. The polarization and power behaviors are studied and validate a model of interacting polaritons. We measure the intensity correlations of the generated beams, compared to a model of fluctuations. In the second approach, we study coupled microcavities. Modes are delocalized over the multiples cavities. We show parametric oscillation at low temperature. Then we analyze a sample designed for parametric generation at room temperature. The spectral study validates the model of a 2-level system, which is used to predict the conditions to reach the regime of oscillation. Finally, we present a study of the polarization properties of the parametric generation. We measure over a wide range of parameters the ratio of the interaction potentials that conserve and reverse polarization between excitons.
microcavities – semiconductor – polariton – photonic wires – optical parametric oscillation – quantum correlations