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Séminaire 12 avril 2010

Une boîte quantique dans une molécule photonique : une source très brillante de paires de photons intriqués.

Pascale SENELLART, Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN-CNRS, Marcoussis)

Une boîte quantique (BQ) semiconductrice unique est un objet intéressant pour réaliser à l’état solide une source de photons uniques ou de paires de photons intriqués. Contrairement aux sources classiques atténuées, les sources basées sur des BQs offrent la possibilité de générer exactement un photon (ou une paire de photons intriqués) par impulsion excitatrice. Toutefois, pour que cet avantage soit d’un réel intérêt, il est nécessaire de collecter efficacement les photons émis par la BQ.

En contrôlant le temps de vie radiatif d’une BQs insérée dans une cavité optique (effet Purcell), il est possible de rediriger les photons émis par la boite quantique dans un mode de cavité et d’extraire efficacement les photons émis par la BQ [1]. Ce concept a motivé de nombreux travaux pour fabriquer des systèmes BQ-cavité couplés. Ces dernières années, les enjeux dans ce domaine ont été de développer des techniques permettant de contrôler l’accord spatial et spectral entre un mode de cavité et une BQ unique qui présente en général des propriétés spatiales et spectrales largement aléatoires. Nous avons récemment développé une technique qui permet de coupler de façon déterministe une BQ unique à un mode de micropilier. Cette technique repose sur une lithographie optique in-situ réalisée à basse température. Grace à cette technique, nous savons maintenant contrôler à volonté l’émission spontanée d’une BQ unique aussi bien en régime de couplage faible que de couplage fort. Nous fabriquons ainsi un grand nombre de sources de photons uniques efficaces [2].

Dans ce séminaire, je présenterai un résultat très récent dans lequel nous avons utilisé la technique de lithographie in-situ pour fabriquer une source de paires de photons intriqués, dix fois plus brillante que toutes les sources existantes. Extraire des paires de photons intriqués en polarisation requiert de réunir un certain nombre de conditions sur les modes de cavité afin de s’assurer que l’extraction des photons ne nuise pas à l’intrication [3]. Je montrerai comment des molécules photoniques constituées de deux micropiliers identiques couplés remplissent ces conditions [4]. En insérant de façon déterministe une BQ unique dans une molécule photonique, nous avons fabriqué une source de paires de photons intriqués opérant à un taux de paires de 10 MHz correspondant à 0.12 paires collectées par impulsion. Je montrerai enfin comment l’utilisation de l’effet Purcell permet non seulement d’extraire les paires de photons mais également d’améliorer le degré d’intrication de la source.


[1] J. M. Gérard and B. Gayral, J. Lightwave Technol. 17, 2089 (1999).

[2] A. Dousse et al., Phys. Rev. Lett. 101, 267404 (2008)

[3] M. Larqué et al, New Journ. of Phys. 11, 033022-033036 (2009)

[4] A. Dousse and P. Senellart. French Patent Application 10/00195 (2010)