Optical properties and time-resolved photoluminescence of InAsP/InP(001) quantum dots; Application to the realization of single photon sources and photonic cristal lasers emitting at telecommunication wavelength
Étude des propriétés optiques et dynamiques des boîtes quantiques InAsP/InP(001); Application à la réalisation de sources de photons uniques et lasers à cristaux photoniques émettant à 1.5 µm
Résumé
The last century saw the advent of quantum mechanics, information processing and integrated optics. These fields lead to the integrated optics for quantum communication. One of the challenges is the development of single photon sources and compact lasers operating at telecommunication wavelength, for quantum cryptography and quantum information applications. In this work, we present an optical study of InAsP/InP [001] quantum dots, obtained by MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy (MOVPE). It has been demonstrated, through spectral measurements and time-resolved photoluminescence experiments, that these quantum dots present the characteristics necessary for the applications mentioned. Specifically, we have performed measurments with single dots and we clearly observed a photon antibunching. This quantum behaviour, validates the feasibility of a single photons source at telecommunication wavelength. In parallel, studies on photonic crystal lasers, with low modal volume and high quality factor, using the same quantum dots at room temperature, showed original properties, specially near the threshold region of the lasing transition. The difference between conventionnal lasers and our structures is explained with the high spontaneous emission coupling through the cavity mode.
Le siècle dernier a vu l'accomplissement de la mécanique quantique, du traitement de l'information et de l'optique intégrée. Aujourd'hui, ces trois domaines se rencontrent pour donner 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 et de lasers compacts aux longueurs d'onde des télécommunications. Les émetteurs étudiés dans ce travail de thèse sont des boîtes quantiques InAsP/InP [001] obtenues par Epitaxie en Phase Vapeur aux OrganoMétalliques (EPVOM). Il a été démontré, par l'intermédiaire de mesures spectrales et des mesures de durée de vie, que ces émetteurs présentent les caractéristiques nécessaires en vue des applications visées. Plus particulièrement, la mise en évidence expérimentale d'un dégroupement de photons, à partir d'une boîte unique, valide la possibilité de réaliser une source de photons uniques. En parallèle, des études sur les lasers à cristaux photoniques de faible volume modal et fort facteur de qualité, utilisant les mêmes boîtes quantiques à température ambiante, ont montré des propriétés originales, particulièrement sur la physique au niveau du seuil laser. La différence de comportement au niveau du seuil, par rapport aux lasers conventionnels, s'explique dans nos structures par le fort taux de couplage de l'émission spontanée dans le mode laser.