Optomécanique, Polaritons, Mode de galerie, Semiconducteurs, Puits quantiques

L'optomécanique hybride est un domaine de recherche au carrefour de l'optique, de l'électrodynamique quantique et des micro-dispositifs mécaniques. Ce travail de thèse porte sur la conception, la fabrication et la mesure de résonateurs optomécaniques hybrides : des disques en arséniure de gallium (GaAs). Ces résonateurs forment une trinité : ils possèdent des modes mécaniques à haute fréquence (GHz), des modes optiques de galerie à haut facteur de qualité, et des modes excitoniques associés à l'intégration de structures à puits quantiques multiples en arséniure de gallium/indium (InGaAs) dans le plan du disque. Le confinement dans un volume sub-micronique des modes optiques et excitoniques aboutit à une situation de couplage fort exciton-photon. Le système accueille alors des quasi-particules hybrides lumière-matière : les polaritons, qui partagent à la fois les propriétés des excitons et des photons. Dans un tel résonateur, les mécanismes de couplage optomécanique usuels sont complétés par des effets mécaniques médiés par les porteurs de charge. En raison de l'importance du couplage exciton-phonon, les interactions polariton-phonon peuvent large-ment surpasser le couplage optomécanique. Nous présentons un modèle théorique construit pour décrire ce système à trois pôles (photon-phonon-exciton) et estimons la force du couplage optomécanique effectif dans notre architecture de type disque. Nous présentons les développements technologiques et de conception qui nous ont permis la réalisation d'expériences avec ces résonateurs. Nous analysons sources de dissipation optique, mécanique et excitonique. Nous présentons des expériences optiques démontrant la génération de polaritons dans notre structure, en accord avec un modèle de Hopfield exprimé exactement pour les résonateurs en disque à modes de galerie. Enfin, nous exposons les premières expériences optomécaniques réalisées sur la plateforme hybride. Nous terminons la discussion par une prospective.