Électrodynamique quantique en cavité, Nanotube de carbone monoparoi, Micro-cavité fibrée, Source de photons uniques, Bandes télécoms, Excitons, Phonons

L'objectif de cette thèse est de réaliser une source de photons uniques accordable dans la bande télécom O en utilisant comme émetteurs des nanotubes de carbone. Ces nano-structures auto-assemblées sont faciles à produire, contactables électriquement et utilisables à température ambiante. De plus, l'extraction de leur photoluminescence n'est pas limitée par des réflexions internes. Leur émission est néanmoins extrêmement sensible à leur environnement et leur rendement quantique est assez faible.Pour concevoir une source stable en longueur d'onde et en intensité, il est crucial de comprendre l'interaction des nanotubes avec l'environnement. Dans ce but, la photoluminescence à basse température de nanotubes de carbone individuels a été étudiée par imagerie hyper-spectrale super-résolue. Cette expérience met en relief la localisation des excitons le long du nanotube dans des puits de potentiels induits par les inhomogénéités de permittivité diélectrique de l'environnement. En outre, en sondant ces puits par une excitation quasi-résonante, une disparition de la transition propre à l'exciton libre et une absorption privilégiée via des niveaux excités localisés sont observées.Pour obtenir une source de photons uniques performante, les émetteurs sont couplés à une cavité optique micro-métrique pour améliorer, grâce à l'effet Purcell, la directionnalité de l'émission et son efficacité quantique. Une géométrie de cavité Fabry-Pérot ouverte a été choisie pour bénéficier d'une flexibilité maximale concernant l'accord spatial et spectral et pour pouvoir analyser les effets le plus finement possible grâce à une comparaison de l'émission en espace libre et en cavité pour le même nano-émetteur. Le facteur de Purcell étant proportionnel à l'inverse du volume de mode, la cavité est miniaturisée en usinant l'un de ses deux miroirs à l'échelle micrométrique sur l'extrémité d'une fibre optique. Cette configuration permet aussi de collecter directement l'émission via le mode guidé dans la fibre. Pour que les vibrations mécaniques brouillent le moins possible les mesures, un soin particulier a été apporté à la stabilisation de cette cavité. Ainsi, le taux démission des nanotubes a pu être augmentée d'un facteur 14 pour une constante de couplage d'environ 30 µeV. La grande plage d'accordabilité de la cavité a permis de vérifier l'évolution du facteur de Purcell et du couplage en fonction du volume de mode et d'explorer un phénomène original d'électrodynamique quantique en cavité : le couplage tripartite exciton/cavité/phonons.Ce dispositif expérimental pourrait être aussi appliqué à des mesures d'absorption sur les nanotubes de carbone ou à l'étude d'autres types d'émetteurs tels que les boîtes quantiques, les défauts dans les matériaux bidimensionnels, les centres colorés ou encore les molécules uniques