Nanophotonique, Plasmonique, Vortex, Boites quantiques, Émission spontanée

Ce projet de doctorat vise à développer un nouveau type de source lumineuse combinant les avantages des LEDs et des lasers. Les faisceaux lasers peuvent être efficacement mis en forme par différents composants optiques passifs grâce à leur forte cohérence, tandis qu'une LED est incohérente mais présente l'avantage d'être un dispositif compact, facilement intégrable dans des dispositifs nanophotoniques. Mais comment manipuler l'émission spontanée isotrope et non polarisée des LEDs pour générer des formes de lumière aussi complexes que celles obtenues avec des lasers ? Pour répondre à cette question, nous avons considéré un milieu actif nanostructuré composé (1) d'émetteurs quantiques interagissant avec (2) des nanostructures métalliques formant un hologramme diffractif. Après excitation, les émetteurs quantiques vont peupler des plasmons de surface qui se propagent le long de l'hologramme métallique. Puis ces modes surfaciques spatialement cohérents sont diffractés à l'air libre avec une structure du front d'onde qui dépend de la géométrie de l'hologramme. Finalement, le couplage aux plasmons de surface permet d'induire de la cohérence spatiale et ainsi de contrôler la lumière émise. Mes travaux de thèse se sont principalement concentrés sur la génération de faisceaux vortex vectoriels à partir de l'émission spontanée de boîtes quantiques colloïdales. Les vortex vectoriels de lumière sont des faisceaux non triviaux caractérisés par un front d'onde hélicoïdal, ainsi que des singularités de phase et de polarisation au centre du faisceau. En d'autres termes, les photons se propagent avec un moment orbital non nul dans le faisceau vortex. Ces propriétés uniques offrent un grand potentiel d'applications, notamment pour l'imagerie de super-résolution, le piégeage optique, les télécommunications optiques, ou encore les technologies quantiques.