Propagation d`un condensat de polaritons dans un potentiel

Propagation d’un condensat de polaritons dans un potentiel
reconfigurable optiquement
11 août 2015

Résumé
L’objectif de ce stage, dans l’équipe d’optique quantique du laboratoire Kastler-Brossel (LKB) à
Jussieu a été d’améliorer le système permettant la mise en forme du faisceau laser via un modu-
lateur spatial de lumière (SLM). Ce système doit permettre d’injecter des défauts optiques dans
les microcavités optiques semiconductrices utilisées. Ces défauts optiques permettront à terme
de remplacer les défauts matériels utilisés jusqu’à maintenant pour l’étude des écoulements de
polaritons.
Pour ce faire, une étude des différents algorithmes permettant de générer des hologrammes nu-
mériques a été menée (greshberg-saxon etc). Plusieurs méthodes d’amélioration ont aussi été
étudiées en supplément comme l’utilisation d’un shack-Hartmann (wavefront sensor), pour cor-
riger la perte d’efficacité due au SLM, mais aussi aux différents éléments optiques du dispositif
ou encore la caractérisation de la look up table (LUT) du SLM pour améliorer l’efficacité de
diffraction.
Les caractérisations de différentes cavités ont aussi été réalisées en amont des expériences (me-
sure de l’anti-crossing par exemple).
Les défauts optiques ainsi générés sont ensuite polarisés suivant différentes directions pour géné-
rer l’interaction voulue avec les polaritons provenant du faisceau de pompe.

Rapport de stage
Propagation d’un condensat de
polaritons dans un potentiel
reconfigurable optiquement
Auteur :
Sébastien COSME
Responsable :
Dr. Quentin GLORIEUX
Université de Technologie de Troyes
LKB
Equipe Optique Quantique
Février - Août 2014

Remerciements
Les 6 mois que j’ai passé dans le laboratoire ont été très enrichissants, aussi bien person-
nellement que professionnellement. Je tiens donc en premier lieu à remercier Quentin Glorieux
pour avoir proposé ce sujet de stage et m’avoir permis de travailler dessus. Je tiens également à
remercier Alberto Bramatti pour l’aide qu’il m’a apporté tout au long de ce stage. Je remercie
également Antoine Heidmann, directeur du laboratoire, et tous les membres du groupe d’optique
quantique. Je tiens également à remercier tout le personnel administratif du laboratoire et no-
tamment Monique Granon et Thierry Tardieux pour leur disponibilité et leur dévouement au
bon déroulement des recherches.
Une pensée particulière pour Nicolas Sangouard, le "thésard polariton" du groupe avec qui j’ai
particulièrement apprécié de travailler durant ces 6 mois. Je lui souhaite bon courage pour la
suite de ses travaux de thèse. Je remercie également tous les stagiaires dont j’ai croisé la route
dans le groupe et qui ont permis la bonne humeur quotidienne.
J’aimerais remercier également toutes les équipes techniques, la mécanique, l’électronique, le
soufflage et l’informatique pour les grands services qu’ils nous ont rendus tout au long de mon
stage.
Pour finir, je tiens à remercier mon tuteur de stage Christophe Couteaux sans qui ce stage au
LKB n’aurait sans doute pas été possible ainsi que pour son soutien durant ces quelques mois.
Je remercie par ailleurs Gilles Lerondel, directeur du master ONT de l’UTT, et Alexandre Vial
qui était directeur de la branche MTE de l’UTT au début de mon stage, pour la qualité de la
formation qu’ils m’ont dispensée. Je remercie enfin le service des stages pour la qualité de leur
travail de suivi.

Table des matières
1 Introduction 1
1.1 Présentation du Laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.0.1 Origine ................................ 1
1.1.0.2 Développement............................ 1
1.1.0.3 Aujourd’hui.............................. 1
1.2 Thématiquesderecherche ............................... 3
1.2.0.4 Gazquantiques............................ 3
1.2.0.5 Atomes dans des milieux denses ou complexes . . . . . . . . . . 3
1.2.0.6 Interface Physique–Biologie–Médecine . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.0.7 Tests des théories fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.0.8 Information et optique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Organisation ...................................... 3
1.3.1 L’équipe Optique quantique dans les milieux semiconducteurs . . . . . . . 4
1.3.2 L’expérience .................................. 4
2 Le stage 5
2.1 contexte......................................... 5
2.1.1 Sujet....................................... 5
2.1.2 Rôle ....................................... 5
2.1.3 Contexte au laboratoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Interaction rayonement-matière en microcavité optique semiconductrice . . . . . 6
2.2.1 Polaritondecavité............................... 6
2.2.1.1 Microcavité optique semiconductrice . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.1.2 Extion de puits quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.1.3 Polaritons exitoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2.2 Fluide de quantique de lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.3 Défautoptique ................................. 10
2.2.3.1 Modulation spatiale de lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.3.2 Potentiel optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Travailréalisé...................................... 15
2.3.1 Caractérisation de microcavité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1.1 Montage expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3.1.2 Etude de l’effet de laising . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3.1.3 Caractérisation de l’anticrossing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.2 Génération de défauts optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.2.1 Montages expérimentaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2.2 Algorithme.............................. 24
2.3.2.3 Caractérisation du front d’onde et asservissement . . . . . . . . 28
2.3.2.4 Résultats obtenus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3