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Thèse Année : 2023

Hybrid plasmonic-photonic platform for quantum photonics

Plateforme hybride nanophotonique/plasmonique pour la photonique quantique

Xiao Yu
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1367847
  • IdRef : 273638920

Résumé

Integrated quantum photonic circuits requires an efficient coupling of photon source to photonic waveguide. In this work, we established directional QD coupling to planar waveguide assisted by Yagi-Uda antenna. We build a theoretical model of single dipole coupled to TiO_2 waveguide to analyze different coupling modes and obtain the decay rate and coupling efficiency as a function of waveguide thickness. We start from the coupling of QD emission to Yagi-Uda antenna on glass substrate (without waveguide). We use numerical simulation to optimize the resonance and directivity of antenna design. We fabricate the antenna and develop a method to accurately deposit a few QDs close to the Yagi-Uda antenna. The optical characterization shows clear signal of directional scattering originating from antenna effect. We also investigate the lifetime and photon antibunching effect of the QD emission.Finally we fully integrate QDs and antenna to TiO_2 planar waveguide. In the optical characterization, we observe QD emission coupled to a propagating TE mode of the planar waveguide and also leakage emission into the substrate via TM mode. The light scattering at the edge of the waveguide reveals directional coupling in the polarization parallel to the antenna axis, but we also observe parasitic emission in the perpendicular direction. We attribute the perpendicular emission to the misplacement of QD. In order to obtain better coupling, we need to improve the deposition method which will be done in our future work.
Les circuits photoniques quantiques intégrés requièrent un couplage efficace d'une source de photons au guide d'onde photonique. Dans ce travail, nous avons établi un couplage QD directionnel à un guide d'onde planaire assisté par une antenne Yagi-Uda. Nous partons du couplage de l'émission QD à l'antenne Yagi-Uda sur substrat de verre (sans guide). Nous réalisons des simulations numériques pour optimiser la résonance et la directivité de l'antenne. Nous fabriquons l'antenne et développons une méthode pour déposer avec précision quelques QDs à proximité de l'antenne Yagi-Uda. La caractérisation optique montre un signal clair de diffusion directionnelle provenant de l'effet d'antenne. Nous étudions également la durée de vie et l'effet anti-groupement de photons des QDs.Enfin, nous intégrons les QDs et l'antenne au guide d'onde planaire TiO_2. Dans la caractérisation optique, nous observons principalement que l'émission des QDs se couple à un mode guidé TE mais aussi une émission dans le substrat via un mode à fuite TM. La diffusion de la lumière au bord du guide d'onde montre un couplage directionnel dans la polarisation parallèle à l'axe d'antenne, mais on observe également un couplage parasite dans la direction perpendiculaire. La raison la plus probable de ce modèle est le mauvais placement de QD. Afin d'obtenir un meilleur couplage, nous devons améliorer la méthode de dépôt qui sera effectuée dans nos travaux futurs.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04521220 , version 1 (26-03-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04521220 , version 1

Citer

Xiao Yu. Hybrid plasmonic-photonic platform for quantum photonics. Other [cond-mat.other]. Université Bourgogne Franche-Comté, 2023. English. ⟨NNT : 2023UBFCK046⟩. ⟨tel-04521220⟩
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