L’obtention d’une source de photons uniques brillante est cruciale pour les applications dans le domaine du traitement quantique de l’information. Une approche courante consiste à coupler un émetteur individuel à un résonateur plasmonique ou diélectrique. On peut ainsi augmenter le taux de photons émis et collectés ou encore réduire la largeur spectrale de la source. Si le coulage d’une source photons uniques dans une cavité photonique de type « pilier » a été démontrée, le contrôle de la position du nanoémetteur dans la structure se révèle souvent complexe car il fait appel à des méthodes délicates à mettre en œuvre.

Dans ce travail, nous nous sommes appuyés sur la méthode dite « direct laser writing (DLW) » par absorption ultra-faible à un photon (LOPA) pour incorporer de façon reproductible et contrôlée un émetteur individuel (un nanocristal semi-conducteur de CdSe/CdS) dans un pilier submicrométrique en polymère. Les simulations par FDTD montrent qu’il faut placer l’émetteur près de l’extrémité du pilier pour obtenir une émission directionnelle vers le système de détection (situé dans le prolongement du pied du pilier). Dans ce cas, on atteint un taux de collection des photons émis proche de 90%, ce que confirment les résultats expérimentaux. A température ambiante, on réalise ainsi une source de photons uniques émettant 2,5 millions de photons par seconde.
Ce travail, mené en collaboration entre le GEMaC de l’UVSQ et le LPQM de l’ENS Paris-Saclay, s’inscrit dans le cadre du Flagship ICQOQS.

Référence: High directional radiation of single photon emission in dielectric antenna
T. H. Au, S. Buil, X. Quélin, J.-P. Hermier, N. D. Lai
ACS Photonics (2019)

Contact NanoSaclay: J.-P. Hermier, GEMaC et N. D. Lai, LPQM