Pour une source idéale de photons uniques QD, une approche largement adoptée pour obtenir des photons avec à la fois une efficacité d'extraction élevée et une indiscernabilité consiste à intégrer des QD dans des cavités photoniques améliorées par Purcell. Cependant, la distribution spatialement aléatoire des QD rend difficile leur couplage déterministe avec des structures photoniques.

Actuellement, l'alignement précis de leurs positions spatiales repose sur des techniques précises de positionnement par fluorescence optique, et l'une des stratégies optimales pour l'alignement des longueurs d'onde consiste à introduire un réglage des contraintes.

Les sources QD monophotoniques de pointe actuelles sont basées sur des structures de cavité Fabry-Perot (FP) ouvertes ou des micropiliers elliptiques. Le premier réalise l’alignement de la position et de la longueur d’onde en ajustant finement les miroirs supérieur et inférieur, mais les structures discrètes sont sensibles aux vibrations environnementales. La structure isolée de ce dernier entrave le transfert de contrainte, ce qui rend difficile un réglage efficace de la longueur d'onde.

Actuellement, cette structure repose encore sur un réglage de la température dans une petite plage, ce qui réduit considérablement le rendement du dispositif. Parvenir à une intégration efficace du réglage des contraintes dans une structure de microcavité, tout en garantissant un alignement précis de la position spatiale et de la longueur d'onde, reste un formidable défi.

Dans une étude récente publiée dans Light :Science &Applications , les efforts collaboratifs de Jiawei Yang, Ying Yu, Siyuan Yu de l'Université Sun Yat-sen et Yan Chen de l'Université nationale de technologie de la défense ont relevé ces défis en combinant de manière innovante des microcavités FP avec un actionneur piézoélectrique, développant ainsi une structure de microcavité monolithique réglable en longueur d'onde. . Cette approche innovante élimine le besoin de graver des matériaux semi-conducteurs, évitant ainsi les défauts de surface et facilitant une conduction efficace des contraintes.

Comme le montre la figure 1a, la microcavité FP conçue dans ce travail est intégrée sur un substrat piézoélectrique. Comme les QD sont situés dans le film mince, les contraintes peuvent être transmises efficacement. Cette structure ne nécessite pas de gravure de matériaux semi-conducteurs, évitant ainsi l'influence des défauts des parois latérales sur l'émission QD.

Dans la structure de microcavité FP représentée sur la figure 1b, le confinement vertical du champ optique est formé par des réflecteurs de Bragg supérieur et inférieur, tandis que le confinement latéral du champ optique est créé par un SiO₂ parabolique. défaut. L'efficacité simulée de la source monophotonique peut atteindre 0,95, avec un facteur Purcell de 40 (Fig. 1c). De plus, le mode fondamental a une distribution en champ lointain de type gaussien, facilitant le couplage dans les fibres optiques.

Dans la mise en œuvre expérimentale, une technologie de positionnement optique à grand champ de haute précision a été utilisée pour placer les QD au centre des microcavités FP (Fig. 2b). Par la suite, la microcavité en couche mince contenant un seul QD a été intégrée sur un substrat PMN-PT (100) à l'aide de la technologie d'impression par micro-transfert (Fig. 2a).

Une plage de réglage de 1, 3 nm a été obtenue grâce au balayage de tension (Fig. 2c), ce qui constitue la plus grande plage de réglage de longueur d'onde signalée à ce jour pour toutes les structures de microcavités. Une amélioration remarquable de la luminosité de 50 fois est obtenue lorsque le QD est associé au mode fondamental de la microcavité, une amélioration de 50 fois de la luminosité est obtenue (Fig. 2d).

De plus, lorsque le QD est couplé au mode polarisé H (Fig. 3a), un taux de comptage APD maximal de 2, 88 Mcps est enregistré sous fluorescence par résonance pulsée (Fig. 3b), avec une efficacité d'extraction de photon unique polarisé extrait de 0, 58 et une durée de vie rapide de 100 ps.

Par rapport aux QD dans les structures planaires, cela représente une durée de vie décuplée (Fig. 3c). La mesure de corrélation Hanbury Brown et Twiss extrait une pureté monophotonique de 0,956 (Fig. 3d), ce qui signifie une faible probabilité multiphotonique. Les expériences d'interférence à deux photons soulignent une impressionnante indiscernabilité des photons de 0,922 (Fig. 3e).

En résumé, les chercheurs ont développé une structure de microcavité monolithique FP présentant l’avantage d’une exploitation optimale de l’effet Purcell, d’un encombrement compact et de capacités d’intégration. Grâce à l'intégration déterministe d'un seul QD dans la microcavité, des sources de photons uniques hautes performances avec simultanément une efficacité d'extraction élevée, une pureté élevée et une indiscernabilité élevée sont obtenues.

Concernant les développements futurs, la stabilisation de charge ou l'injection de spin à l'aide de dispositifs à portes électriques peuvent être directement mises en œuvre dans la structure pour réaliser une émission de photon unique à faible bruit ou un intrication de photons de spin/un état de cluster linéaire.

De plus, le réglage des contraintes peut également être utilisé pour effacer l’inhomogénéité spectrale entre les différents QD et aborder le FSS. Ces aspects sont essentiels à la réalisation d'une source haute performance de paires de photons intriqués.

Plus intéressant encore, la simplicité et la polyvalence du schéma de cavité ouvrent la voie à l'établissement d'un nouveau paradigme de fabrication pour les sources de lumière quantique, dans lequel plusieurs types de sources de lumière quantiques solides (y compris les QD semi-conducteurs, les défauts, etc.) avec différents matériaux d'émetteur et longueurs d'onde de fonctionnement pourrait être co-fabriqué sur la même plateforme PMN-PT. Cette avancée potentielle pourrait faire progresser considérablement les technologies photoniques quantiques évolutives à l'avenir.