Coupling nanostructures towards integrated nanophotonics devices

par Wei Geng

Thèse de doctorat en Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie

Sous la direction de Alberto Bramati et de Christophe Couteau.

Soutenue le 30-06-2015

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) , en partenariat avec CSC (China Scholarship Council) (Organisme gouvernemental étranger) .

Le président du jury était Jean-François Roch.

Le jury était composé de Alberto Bramati, Christophe Couteau, Jean-François Roch, Christoph Becher, Bruno Gayral.

Les rapporteurs étaient Jean-François Roch, Christoph Becher.

  • Titre traduit

    Couplage des nanostructures vers des dispositifs nano-photoniques intégrés


  • Résumé

    Avec les avantages significatifs de stockage, de traitement et de transmission des informations, la science de l’information quantique a attiré des études abondantes lors des dernières décennies, par lesquelles de nombreuses preuves de principe ont été faite en utilisant des techniques expérimentales macro-photoniques. Cependant, l'applicabilité de ces technologies dépend fortement de la miniaturisation du système, i.e. l'intégration « sur-puce » des fonctionnalités photoniques quantiques. Les conditions prérequis générales d'une puce quantique intégrée sont la génération, le transport et la détection localisée et efficace de photons. Des efforts ont été réalisés avec succès comportant une ou deux fonctions nécessaires. Cependant, l'intégration complète reste encore inachevée. Basé sur des éléments nano-photoniques de semiconducteurs et des techniques de nano-fabrication simples, cette thèse vise à fournir une stratégie d'intégration « sur-puce ». Une excitation efficace et locale d'une source de photon unique par un guide d'onde inférieure à l'échelle de la longueur d'onde est d'abord démontrée. Ensuite, nous étudions l’échange efficace de la lumière entre les nanostructures et les guide d'onde, qui peuvent servir le bloc de liaison entre les dispositifs dans un système d'intégration. La fabrication et la caractérisation d'un photo-détecteur sensible basé sur un nanofil unique sont présentées, qui présente un grand potentiel pour la détection de photons uniques. A la fin, une perspective de l'intégration ultime de toutes ces fonctionnalités est fournie


  • Résumé

    With the significant advantages in storing, processing and transmitting information, quantuminformation science has attracted abundant studies in the last few decades, by which many proofs ofprinciple have been made using macro-photonic experimental techniques. However, the applicabilityof this technology still strongly depends on the miniaturization of the system, i.e. the on-chip integration of quantum photonic functionalities. The general prerequisites of an integrated quantumchip are localised and efficient generation, transportation and detection of photons. Some effortshave been made successfully involving one or two necessary features. However, the full integration still remains unaccomplished. Based on semiconductor nanophotonic elements and simple nanofabrication techniques, this thesis aims to provide a strategy for on-chip quantum photonic integration. An efficient and local excitation of a single photon source with a subwavelengthwaveguide is firstly demonstrated. Then we investigate the efficient light exchange betweennanostructures and waveguides that can serve as linking blocks between devices in an integrationsystem. The fabrication and characterisation of a sensitive photodetector based on a single nanowireis also presented, which exhibits great potential in single-photon detection. At the end, an outlook ofthe ultimate integration of all these functionalities is provided


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