Fluides quantiques de polaritons excitoniques de guide d'onde

Quantum fluids of waveguide exciton-polariton

• Auteur / Autrice : Valentin Develay
• Direction : Thierry Guillet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et Astrophysique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Axe de Recherche Physique de l'Exciton du Photon et du Spin

Mots clés

Mots clés libres

Physique quantique

Nanophotonique

Optique

Optique non-linéaire

Laser

Quantum physics

Laser

Optics

Nanophotonics

Nonlinear optics

Résumé

Les fluides quantiques de polaritons dans les microcavités semiconductrices sont largement étudiées en tant que plateformes de la photonique intégrée et non-linéaire, ainsi que pour les simulations quantiques, en parallèle des travaux sur les atomes froids et les circuits supraconducteurs. En effet, les polaritons permettent à la fois une ingénierie précise des potentiels énergétiques et de fortes interactions non-linéaires, deux ingrédients majeurs de l'optique non linéaire d'une part, et des simulateurs quantiques d'autre part. Au sein d'une collaboration avec le C2N (Saclay), CRHEA (Valbonne) and IP (Clermont-Ferrand), cette thèse sera consacrée à une plateforme alternative basée sur les guides d'onde polaritoniques, très intéressante pour les lasers à faible nombre de photons, la photonique non-linéaire et la physique des solitons. Cette géométrie permet en particulier une injection électrique plus facilement réalisable que dans les cavités verticales. Dans le cadre du projet NEWAVE, nous allons structurer ces guides polaritoniques en cristaux photoniques 1D afin de contrôler la dynamique du laser à polaritons, c'est-à-dire la dynamique de condensation, et coupler plusieurs cavités. Le projet de thèse est consacré au design et à la caractérisation de la dispersion des polaritons dans les guides d'ondes GaN structurés, et ensuite l'étude spectroscopique approfondie de la dynamique des polaritons dans ces structures.

Quantum fluids of polaritons in semiconductor microcavity are widely investigated as a candidate platform for nonlinear integrated photonics, along with other nonlinear optical materials, and for quantum simulations, along with ultra-cold atoms and superconducting circuits [1]. Indeed polaritons allow both for a careful engineering of the potential energy and strong nonlinear interactions, two major ingredients of nonlinear optics on the one hand, quantum simulators on the other hand. Within a collaboration with C2N (Saclay), CRHEA (Valbonne) and IP (Clermont-Ferrand), we have been developping an alternative platform based on polaritons in GaN ridge waveguides [2,3], dedicated to laser physics at small photon numbers, nonlinear photonics and soliton physics [4]. Interestingly it allows a much easier electrical injection compared to vertical cavities. Within the ANR-funded project NEWAVE [https://coulomb.umontpellier.fr/-NEWAVE-], we will shape 1D photonic crystals in order both to control the polariton laser dynamics, i.e. the polariton condensation dynamics, and to couple neighboring cavities. The foreseen PhD project is devoted to the design and characterization of the polariton dispersion in patterned GaN ridge waveguides, and the spectroscopic investigation of the dynamics of polaritons in these structures.