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La présentation sera faite en anglais.
Résumé : Un circuit intégré photonique (CI) idéal devrait avoir des composants capables d’effectuer l’amplification du signal, le traitement du signal, les opérations de porte logique et plusieurs fonctions équivalentes à celles d’un CI électronique, le tout intégré dans un espace de quelques millimètres. Pour réaliser une telle circuit, l’utilisation de différents matériaux adaptés à des fonctions différentes est indispensable. Parmi eux, les matériaux optiques non linéaires sont cruciaux en tant que source potentielle de photons uniques ou de paires de photons. Cependant, lorsqu’on réduit la taille d’un matériau non-linéaire à l’échelle nanométrique, il devient nécessaire compenser la perte d’efficacité non-linéaire due à la réduction du volume. Dans cette étude, en combinant la nanofabrication de structures plasmoniques et non-linéaires (hybrides), un dispositif expérimental polyvalent et une simulation numérique quantitative des processus de génération du second harmonique (SHG) et de fluorescence paramétrique (SPDC) du second ordre, il est possible d’obtenir une compréhension complète de ces interactions non-linéaires et de leur efficacité dans nos systèmes. L’un des principaux objectifs de ce travail consiste donc à étudier l’origine du SHG à partir de nanostructures en or afin d’identifier la source non linéaire dominante. Nous démontrons que, parmi les trois principales sources non-linéaires invoquées dans la littérature, la source non locale de volume et la source parallèle de surface dominent la réponse, tandis que la source normale de surface s’est révélée négligeable, contrairement à ce qui est indiqué dans de nombreux articles de la littérature. Un deuxième objectif de ce travail de thèse était d’atteindre un taux d’émission expérimentalement observable de paires de photons par SPDC en utilisant des structures hybrides, ce qui n’avait pas été possible jusqu’à présent. En optimisant par calcul numérique les tailles des nanoantennes plasmoniques et en choisissant un matériau présentant une meilleure non-linéarité, tel que le phosphure de gallium (GaP), le taux de génération de paires de photon a été amélioré de plus d’un ordre de grandeur. La forme de nanofils de GaP et les variations structurelles de ce matériau nous ont permis de développer un protocole expérimental de fabrication de structures hybrides basé sur leurs réponses SHG distinctives. Ainsi, cela ouvre de nouvelles possibilités pour des sources de paires de photons intégrées à l’échelle nanométrique.
