Non-linear dynamics of one-dimensional polaritons gases in semiconductor microcavities
Institution:
Paris 6Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This PhD thesis is dedicated to the study of one-dimensional polariton gases in semiconductor microcavities. Thanks to the control on the etching of the microstructures, a full engineering of the 1D potential has been obtained and several geometries have been investigated. We have studied the propagation of polaritons inside photonic wires and we evidenced strong reduction of the backscattering against disorder driven by interparticle interactions. Polariton condensation has been investigated in a one-dimensional periodic potential. We have shown how repulsive interactions create localized states inside the energy gap. The nature of these states depends on the relative strength between interparticle interactions and the interactions with the excitonic reservoir. In a time resolved-experiment we have shown the dynamical transition from a regime dominated by interactions with the reservoir to a regime where self-interactions give rise to the formation of gap solitons. Additionally, the potential induced by the interactions with the reservoir allowed us to combine an energy gradient with the periodic lattice. In this configuration, we have observed polaritons Bloch oscillations. Thanks to the potential engineering, we have also implemented a Fibonacci quasi-periodic potential. In this configuration, we have observed the fractal character of the polariton spectrum. Finally, we present a polariton interferometer. The optical control of the phase of the polariton flow allows controlling the intensity and the polarization of the beam transmitted through the device.
Abstract FR:
Cette thèse est consacrée à l’étude de gaz de polaritons dans des microcavités semiconductrices unidimensionnelles. Grâce au contrôle de la gravure de microstructures, plusieurs géométries ont été étudiées et une ingénierie du potentiel 1D a été possible. Nous avons analysé la propagation des condensats de polaritons dans des fils photoniques et nous avons mis en évidence une forte réduction de la diffusion par le désordre due aux interactions entre ces quasi-particules. La condensation dans un potentiel périodique unidimensionnel a également été explorée. Nous avons montré comment les interactions répulsives génèrent des états localisés dans la bande d’énergies interdites. La nature de ces états dépend de la force des interactions entre particules par rapport à celle des interactions avec le réservoir excitonique. Dans une expérience dynamique nous avons montré la transition dynamique d’un régime dominé par le réservoir à un régime où se forment des solitons de gap. De plus, le profil de potentiel induit par interactions avec le réservoir nous a permis de superposer un gradient d’énergie au réseau périodique. Dans cette configuration, nous avons mis en evidence les oscillations de Bloch de polaritons. Grâce à l'ingénierie du potentiel, nous avons aussi réalisé un potentiel quasi-périodique de type Fibonacci au sein duquel nous avons observé le caractère fractal du spectre polaritonique. Enfin, nous présentons un interféromètre à polaritons. Le contrôle optique de la phase d’un flux de particules nous permet de maîtriser l’intensité et la polarisation du faisceau à la sortie de l’interféromètre.