Source paramétrique de paires de photons dans le domaine visible en technologie nitrure

Parametric source of photon pairs in the visible range in nitride technology

• Auteur / Autrice : Elsa Turpin
• Direction : Xavier Checoury
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Photonique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Photonique

Optique non linéaire

Technologies quantiques

Lumière non classique

Cristaux photoniques

Photonics

Nonlinear optics

Quantum technologies

Non classical light

Photonic crystals

Résumé

Le but de la thèse est la démonstration d'une source paramétrique de photons ultra-miniaturisée et très efficace énergétiquement pour les technologies quantiques (senseur, calcul quantique, communication). Pour ce faire on s'appuiera sur le nouveau concept de résonateurs à cristaux photoniques à potentiel harmonique qui permet de réduire plus encore le volume modal comparé aux résonateurs en anneau. Afin d'éviter les mécanismes d'absorption multi-photons dans la gamme proche infrarouge (NIR) et d'étendre le fonctionnement de la source au visible on s'appuiera sur des matériaux « grand gap » et plus particulièrement les matériaux nitrures (GaN,AlN, …). Les équipes impliquées possèdent d'ailleurs déjà une grande expérience des matériaux grand gap et particulièrement des matériaux nitrures tels GaN1 et AlN2. Le matériau sera reporté sur un circuit en silicium ou en nitrure de Silicium (SiN) afin d'intégrer la source à d'autres fonctions et réaliser des fonctions plus complexes. Bien que l'écartement entre modes puisse être contrôlé par le dessin de la structure, un mécanisme d'accord est nécessaire afin de contrebalancer l'effet du désordre (imperfections) introduit durant la fabrication. Outre l'effet thermique on pourra exploiter les propriétés piezo-électriques des matériaux nitrures (GaN, ALN) pour générer une contrainte locale propre à accorder finement les résonances du résonateur afin de satisfaire la condition de conservation de l'énergie.

The aim of the thesis is the demonstration of an ultra-miniaturized and very energy efficient parametric photon source for quantum technologies (sensor, quantum computing, communication). To do this we will rely on the new concept of photonic crystal resonators with harmonic potential which further reduces the modal volume compared to ring resonators. In order to avoid multi-photon absorption mechanisms in the near infrared (NIR) range and to extend the operation of the source to the visible range, we will rely on “wide band gap” materials and more particularly nitride materials (GaN , AlN, ). The teams involved already have extensive experience with large gap materials and particularly nitride materials such as GaN1 and AlN2. The material will be transferred to a silicon or silicon nitride (SiN) circuit in order to integrate the source with other functions and perform more complex functions. Although the spacing between modes can be controlled by the design of the structure, a tuning mechanism is necessary in order to counteract the effect of disorder (imperfections) introduced during fabrication. In addition to the thermal effect, the piezoelectric properties of nitride materials (GaN, ALN) can be exploited to generate a local stress suitable for finely tuning the resonances of the resonator in order to meet the energy conservation condition.