L'objectif de ce cours est de montrer comment les semi-conducteurs et leurs spécificités, comme les excitons ou les transitions inter-sous-bandes jouent un rôle crucial aux frontières de la photonique avancée : le traitement optique non linéaire du signal optique, et la mise en œuvre de structures quantiques comme les lasers à cascade quantique.

1) Couplages d’ondes, dispositifs semi-conducteurs emblématiques (H. Benisty):
Nous commencerons par un rappel de la description du couplage d’onde, et des semi-conducteurs et des puits quantiques.
Nous étudierons alors à titre de base générale l’application de ces concepts à travers un choix de dispositifs emblématiques (laser à puits quantique, laser DFB, VCSEL, laser à boite quantique)

2) Propriétés linéaires des structures basiques et avancées en semi-conducteurs (A. Levenson, R. Kuszelewicz)
Propriétés optiques et optoélectroniques des puits quantiques
Propriétés optiques et optoélectroniques des fils quantiques et des points quantiques
Fabrication et technologies
Structures périodiques : Propriétés Optiques

3) Optique non-linéaire des semi-conducteurs: phénomènes & applications (A. Levenson, R. Kuszelewicz)
Non-linéarités intrinsèques et non-linéarités dynamiques
Non-linéarités intrinsèques du second ordre.
Effets non-linéaires dans les systèmes à cavité verticale
Effets non linéaires gouvernés par la dynamique des excitons du matériau
ONL et effets spatio-temporels
Génération de Second Harmonique et autres applications des non-linéarités du second ordre
Cristaux photoniques non-linéaires
Solitons spatiaux et application à la logique tout-optique

4) Structures semi-conductrices quantiques(G. Leo)
Sur la base de la physique de la basse dimensionnalité des électrons et des photons, nous soulignerons les possibilités que procure l’ingénierie de bande pour exploiter les transitions interbandes, du THz à l’infrarouge moyen
Deux dispositifs emblématiques basés sur les transitions intersous-bandes seront mis en avant : les détecteurs QWIP, et les lasers à cascades quantiques, d’un grand intérêt pour la détection de raies moléculaires, etc.
Un cours plus prospectif sera dédié aux sources de photons uniques ou de photons jumeaux intégrées optiquement, pour miniaturiser et fiabiliser les applications à l’optique quantique et notamment celles en cryptographie quantique

Biblilgraphie :
« The principles of nonlinear optics », Y.R. Shen (Wiley-Interscience) ; « Wave Mechanics applied to semiconductor heterostructures, » G.Bastard (Springer) - Quantum semiconductor Structures : Fundamentals and applications, C. Weisbuch and B. Vinter (Academic Press); « Optoélectronique » E. Rosencher and B. Vinter, Paris: Masson, 1997.

Niveau requis : Bases sur la diode laser (de type Fabry-Perot), bases sur les milieux à gain et les milieux diélectriques , bases sur les télécommunications optiques (fibres, modes des fibres, débits employés)

Dernière mise à jour : Wednesday 23 November 2011