Thèse Guides d'Onde Monocristallins pour les Technologies Quantiques H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Cette thèse a pour objectif le développement d'une plateforme innovante de photonique intégrée fonctionnant à la longueur d'onde des télécommunications, à base d'ions de terre rare distribués dans des matrices oxydes pour des dispositifs de technologie quantique
avancés. Elle s'appuiera sur les avancées réalisées dans l'équipe pour développer et optimiser des guides d'onde monocristallins en YSiO dopé aux ions Er³, destinés aux technologies quantiques telles que les mémoires quantiques et l'analyse spectrale. Les guides de type 'shallow ridge' ont été identifiés comme un bon compromis entre confinement du champ optique et faisabilité technologique. Toutefois, des améliorations sont nécessaires, notamment pour mieux contrôler l'aplanissement des surfaces et réduire la rugosité afin de minimiser les pertes optiques.
La thèse visera d'abord à optimiser la fabrication de ces guides en perfectionnant les étapes technologiques, notamment la gravure, l'adhésion et les post-traitements, afin d'améliorer la reproductibilité et le contrôle de l'épaisseur des membranes. Un travail approfondi sera également consacré à la caractérisation optique et spectroscopique des dispositifs, avec des mesures de pertes optiques, de dépolarisation et une analyse détaillée des propriétés spectroscopiques des ions erbium. Une attention particulière sera portée aux contraintes résiduelles induites par le procédé, grâce à des méthodes de caractérisation spectroscopique et interférométrique.
Une fois fabriqués et optimisés, ces guides d'onde seront testés dans des dispositifs de mémoire quantique en vue d'identifier le protocole le plus adapté, qu'il s'agisse de l'Atomic Frequency Comb (AFC), du Gradient Echo Memory (GEM) ou du Noise Less Photo Echo (NLPE).
L'utilisation d'une structure guidée pourrait significativement améliorer leurs performances en augmentant le contraste des structures inscrites dans le profil d'absorption et en réduisant le bruit. En parallèle, ces guides seront étudiés dans le cadre de l'analyse spectrale afin d'évaluer leur impact sur la sensibilité de détection, la dynamique et la résolution fréquentielle.
Enfin, le procédé technologique développé sera appliqué à d'autres matrices cristallines telles que YAlO (YAG) et CaWO, qui présentent des avantages en termes de bruit magnétique, de polarisation et de compatibilité avec la gravure sèche. Cette dernière partie, plus exploratoire, viendra compléter les travaux de caractérisation et ouvrira la voie à de nouvelles perspectives dans le domaine des guides d'onde pour les technologies quantiques.

En plus de permettre une exaltation de l'interaction lumière-matière, ces dispositifs permettront une compatibilité avec d'autres composants de photonique intégrée (sources, détecteurs, réseaux de fibres) et faciliteront le multiplexage spatial. L'impact attendu est donc significatif et dual car cette technologie permettra d'améliorer à la fois l'efficacité des mémoires quantiques indispensables aux communications quantiques terrestres ou spatiales [Zhou2023], mais aussi les performances des analyseurs spectraux de signaux RF développés par Thales Research & Technology [Berger2016].

Cette thèse a pour objectif le développement d'une plateforme innovante de photonique intégrée fonctionnant à la longueur d'onde des télécommunications, à base d'ions de terre rare distribués dans des matrices oxydes pour des dispositifs de technologie quantique avancés. Ce projet inclura la conception des structures photoniques, leur optimisation, et l'étude des mécanismes influençant les propriétés spectroscopiques des ions, en particulier la cohérence optique et de spin.

Fabrication: polissage, report de membrane, adhésion sur substrat, gravure sèche
Caractérisation optique: interférométrie
Caractérisation spectroscopique: spectroscopie d'absorption, écho de photon