Thèse Nouvelles Géométries de Laser à Polaritons de Guide d'Onde H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : L2C - Laboratoire Charles Coulomb
Direction de la thèse : Thierry GUILLET ORCID 0000000197360026
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

Les polaritons sont des particules quantiques hybrides lumière-matière résultant du couplage fort entre photons et excitons dans un semi-conducteur, lorsque ce couplage est renforcé dans des résonateurs photoniques tels que les microcavités et les guides d'ondes. Les polaritons peuvent être générés, transportés, accumulés dans des phases quantiques denses et soumis à de fortes interactions. La découverte de la condensation de Bose des polaritons en 2006 [1] (à basse température dans des microcavités en CdTe et GaAs) a donné lieu à de nombreux projets de recherche fructueux et a conduit à la découverte de la superfluidité des condensats de polaritons, à l'observation de types uniques de vortex dans ces «fluides quantiques de lumière», ainsi qu'au développement de dispositifs polaritoniques.
Les dispositifs polaritoniques à base de GaN et de ZnO ont suscité un vif intérêt au sein de la communauté scientifique grâce à leurs excitons robustes et à leur grande force d'oscillateur. Notre groupe L2C/OECS a mis en évidence l'un des premiers condensats de polaritons à T = 300 K dans une microcavité en ZnO [2]. Dans le cadre d'une collaboration avec les laboratoires CRHEA, C2N et IP, nous avons également développé depuis 2019 une plateforme alternative basée sur les polaritons dans des guides d'onde ruban en GaN [3-8], c'est-à-dire un guide d'onde dans lequel les photons et les excitons se trouvent en régime de couplage fort [3]. Nous avons démontré en 2024 un laser pulsé original fonctionnant à faible nombre de photons et basé sur des solitons de cavité [7]. Nous avons également exploré des géométries de cristaux photoniques [6,8], qui permettent d'améliorer la durée de vie du mode polaritonique hébergeant le condensat et d'abaisser le seuil de condensation [9].
Cette recherche se situe à la frontière entre l'optique non linéaire, la nanophotonique, l'optoélectronique quantique et la physique des condensats de Bose. Les dispositifs à guide d'ondes polaritoniques suscitent un vif intérêt pour des applications en photonique intégrée, en simulation quantique et dans les réseaux neuronaux entièrement optiques.

La proposition de thèse porte sur de nouvelles géométries de cristaux photoniques, conçues pour contrôler spatialement états collectifs des polaritons et augmenter leur durée de vie. Des dispositifs à polaritons intégrant un cristal photonique topologique sont gravés sur un anneau au sein du guide d'onde à polaritons, prolongeant ainsi nos travaux récents sur les cristaux photoniques unidimensionnels [6,8]. La géométrie en anneau permet d'appliquer des conditions aux limites périodiques qui influencent la génération du condensat. L'étude de ces lasers à polaritons combine une spectroscopie optique avancée et l'imagerie de leur émission à la fois dans l'espace réel et dans l'espace de Fourier, allant jusqu'à des acquisitions «single shot», afin de mettre en évidence les états polaritoniques hébergeant le condensat, ainsi que les statistiques des motifs de condensat.

Nous recherchons un doctorant motivé, intéressé par les expériences optiques, ayant une formation en physique des semi-conducteurs, en mécanique quantique et/ou en optique quantique.

Les références sont données dans la version anglaise et le pdf.

During the last five years, within a successful ANR-funded project NEWAVE, our consortium has demonstrated the operation of GaN waveguide polariton lasers from low (77K) to room-temperature. These polariton lasers are based on in-plane Fabry-Perot cavities and, interestingly, we are able to operate them under a continuous or a mode-locked regime [3,5,7]. More recently, we succeeded in designing [6], fabricating and operating [8] photonic crystal with long lifetime lasing states, which are at the heart of the present PhD proposal. Such polaritonic photonic crystals have raised a strong interest in the community for the control of the condensate spatial shape and the lifetime [9].

Demonstrate polariton condensates in a new geometries based on photonic crystals and rings, and the impact of this geometry on the spatial pattern and the statistics of the condensates.

Réaliser des condensats de polaritons dans une géométrie de cristal photonique et d'anneau, et l'impact de cette géométrie sur leur structure spatiale et leur statistique.

Nous recherchons un doctorant motivé, intéressé par les expériences optiques, ayant une formation en physique des semi-conducteurs, en mécanique quantique et/ou en optique quantique.