Thèse Effets Optiques Non-Linéaires dans les Dispositifs Quantiques Polaritoniques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL) École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique et d'Etude des matériaux Direction de la thèse : Yanko TODOROV ORCID 0000000223591611 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-08-31T23:59:59 Les phénomènes optiques non linéaires sont essentielles dans de nombreuses applications, allant de la bio-imagerie avancée aux télécommunications, en passant par le développement de nouvelles sources de lumière cohérente. Ils jouent également un rôle déterminant en optique quantique, notamment pour la génération d'états lumineux non classiques, tels que les états comprimés, ou encore pour la réalisation de sources de photons indiscernables, éléments clés de la communication quantique.
Ce projet de doctorat vise à explorer la conversion optique non linéaire dans des dispositifs quantiques opérant dans l'infrarouge moyen (MIR, = 3-30 µm) et le domaine térahertz (THz, = 30-300 µm). Dans ces gammes spectrales, les approches les plus récentes reposent sur l'utilisation d'hétérostructures à puits quantiques, associées à des microcavités photoniques multimodes ou à des métamatériaux. De tels systèmes permettent de renforcer considérablement l'interaction lumière-matière, jusqu'à atteindre le régime de couplage ultra-fort. Ce dernier ouvre des perspectives inédites en électrodynamique quantique en cavité : les excitations électroniques des puits quantiques s'hybrident alors avec les modes optiques des cavités pour former de nouveaux états, appelés polaritons de cavité, dotés de propriétés profondément non classiques.
Une étude théorique récente menée par notre groupe a montré que la conversion optique non linéaire constitue une plateforme prometteuse pour l'investigation de ces polaritons de cavité, en mettant particulièrement en avant le rôle des effets électroniques collectifs dans l'accès au régime de couplage ultra-fort. Ce régime permettrait par ailleurs d'optimiser les processus de conversion non linéaire au-delà de l'état de l'art, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications.
Le projet de thèse se concentrera sur l'étude expérimentale de dispositifs quantiques - tels que des émetteurs et des détecteurs - fonctionnant dans ce régime de couplage lumière-matière ultra-fort. Le doctorant sera chargé de concevoir et de fabriquer ces dispositifs dans les salles blanches du réseau Paris Centre, puis de caractériser leurs performances. Le projet bénéficiera d'une collaboration expérimentale étroite avec l'IEMN de Lille, dans le cadre d'un projet ANR commun.
Cette thèse est financée par le projet ANR UNICORN 'Ultra-efficient microcavity-coupled non-linear unipolar devices', dont les deux partenaires sont le Laboratoire LPEM UMR 8213 et IEMN Lille. Mettre en évidence des conversion non-lineaires accrue grace au régime de couplage ultra-fort lumière matière. -Conception des dispositifs non-linéaires en microcavités.
-Fabrication des dispositifs en salle blanche
-Mise en place d'un banc de caractérisation des conversion non linéaire des dispositifs, en utilisant les équipement de spectroscopie infrarouge déjà présent.