Biphoton Frequency-Correlations Engineering and Measurement with a Semiconductor Microcavity - CNRS - Centre national de la recherche scientifique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2016

Biphoton Frequency-Correlations Engineering and Measurement with a Semiconductor Microcavity

Ingénierie et Mesure des corrélations en fréquences du biphoton avec une microcavité semiconductrice

Résumé

This work is focused on the engineering and characterization of the frequency-time properties of photon pairs generated with a semiconductor source. This device emits photons propagating in opposite directions at telecom wavelengths using spontaneous parametric down-conversion at room temperature. A microcavity integrated in the source allows the resonance of the transverse pump beam, enhancing the efficiency of the nonlinear interaction. We give a theoretical description of the down-conversion process in the source and we show how the spatial and spectral properties of the pump beam impact the properties of the photons, in particular their degree of entanglement in frequency allowing a versatile engineering. The variety of states that can be produced is illustrated using the Joint Spectral Amplitude. Two techniques allowing the characterization of the Joint Spectral Intensity have been implemented. The first one is a single photon spectrograph. The second one, based on the stimulation of the down-conversion process showed a dramatic improvement in terms of resolution and integration time. Both techniques allowed the demonstration of the frequency correlation engineering by varying the waist and curvature radius of the pump beam. Examples of more exotic states and a technique to characterize their chronocyclic Wigner function are theoretically investigated. The relationship between time-frequency properties and degree of entanglement in polarization of the biphoton is also explored.
Ce travail porte sur l'ingénierie et la caractérisation des propriétés temps-fréquence de paires de photons générées par une source semiconductrice. Ce dispositif utilise la conversion paramétrique à température ambiante pour émettre des paires de photons se propageant dans des directions opposées et aux longueurs d'onde télécom. Une microcavité intégrée à la source permet d'augmenter l'efficacité de l'interaction nonlinéaire par résonance du champ de pompe transverse. Nous présentons la théorie de la conversion paramétrique dans cette source et nous montrons comment les propriétés spatiales et spectrales du faisceau de pompe influencent les propriétés des photons, en particulier leur degré d'intrication en fréquence, permettant un ingénierie souple. La variété d'états pouvant être produits est illustrée à l'aide de l'amplitude spectrale jointe. Deux techniques permettant la caractérisation de l'intensité spectrale jointe ont été implémentées. La première est un spectrographe à photons uniques ; la seconde, basée sur la stimulation du processus de conversion paramétrique, a permis une amélioration dramatique de la résolution et du temps d'intégration. Les deux approches ont permis la démonstration de l'ingénierie des corrélations en fréquences en variant la taille et la courbure du faisceau de pompe. Des exemples d'états plus exotiques et une méthode pour caractériser leur fonction de Wigner chronocyclique sont étudiés théoriquement. La relation entre les propriétés temps-fréquence et le degré d'intrication en polarisation de la paire est aussi explorée.
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  • HAL Id : tel-01467419 , version 1

Citer

Guillaume Boucher. Biphoton Frequency-Correlations Engineering and Measurement with a Semiconductor Microcavity. Quantum Physics [quant-ph]. Sorbonne Paris Cité; Université paris diderot, 2016. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01467419⟩
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