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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/2765| Enhanced emission of nanoemitters in plasmonic waveguides on silicon photonics: towards integrated sources Emisión de nanoemisores exaltada por plasmones de superficie en fotónica de silicio: hacia la implementación de fuentes integradas Emission de nanoémetteurs exaltée par plasmon de surface en photonique silicium : vers des sources intégrées | |
| AVRIL ALICIA MEZA OLIVO | |
| KARINA GARAY PALMETT RAFAEL SALAS MONTIEL | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Single-photon emission, near-field microscopy, integrated optics, nanophotonics, plasmonics, quantum optics Emisión de fotones, microscopía de campo cercano, óptica integrada, nanofotónica, plasmónica, óptica cuántica Photons-Émission, Microscopie en champ proche, Optique intégrée, Nanophotonique, Plasmons, Optique quantique | |
| This work was conducted under the Agreement for double doctoral degree program between Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) and Université de Technologie de Troyes (UTT). In particular, the co-directors of this thesis are with the Nonlinear Interactions and Quantum Optics group (LINOC in Spanish) of the Deparment of Optics at CICESE, and with the nanophotonics topic L2n/ICD at UTT, respectively. Over the four years duration of the doctoral program, the academic (courses) and research activities were equally distributed between both institutions. The quest for highly-efficient, integrated single-photon sources in the telecommunications frequency band is an increasing research topic towards the development of quantum information technologies. In this doctoral project, a set of complementary integrated nanophotonic devices was proposed and experimentally demonstrated as a contribution towards the development of integrated quantum nanophotonics. They were designed based on the fundamental physical concepts of reciprocity theorem and Babinet’s principle. The results show that the integrated structures successfully confine and enhance the electric and magnetic fields and reciprocally, they modify the electric and magnetic local density of states by Purcell effect and therefore, enhance the spontaneous emission rate of electric and magnetic transition of emitters placed close to the structures.The complementary integrated structures were fabricated with electron beam lithography and experimentally characterized in the far field, with lifetime measurements, as well as in the near-field with the use of a near-field scanning optical microscope (NSOM). These NSOM measurements correspond to the first step towards the experimental validation of the integrated single-photon sources based on quantum emitters. Future work involves exploring the use of these devices as the basis for the implementation of on-chip integrated single-photon sources that are: deterministic, highly efficient, with broadband operation in the telecommunications window, and integrated on Si photonics for low-loss transport over long distances, hence suitable for quantum information processing applications. Esta investigación se realizó bajo el marco del programa de doble grado, celebrado entre el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y la Universidad de Tecnología de Troyes (UTT). Durante los cuatro años de este doctorado, tanto las actividades curriculares como de investigación se distribuyeron equitativamente entre ambas instituciones. La fabricación de fuentes de fotones integradas, altamente eficientes, operando en la banda de las telecomunicaciones, es una creciente área de investigación hacia el desarrollo de tecnologías de información cuántica. En este proyecto, se propone y se demuestra experimentalmente el principio de operación de un conjunto de dispositivos nanofotónicos integrados, como una contribución hacia el desarrollo de la nanofotónica cuántica integrada. El diseño de los dispositivos está basado en los conceptos físicos fundamentales de teorema de reciprocidad y principio de Babinet. Los resultados muestran que las estructuras integradas confinan y exaltan los campos eléctricos y magnéticos y, recíprocamente, modifican la densidad local de estados por efecto Purcell; incrementando así la tasa de decaimiento de las transiciones eléctricas y magnéticas de emisores colocados en la cercanía de las estructuras diseñadas. Dichas estructuras complementarias se fabricaron por litografía de haz de electrones y se caracterizaron experimentalmente, en campo lejano, con mediciones de tiempos de vida y en campo cercano, mediante microscopía óptica de barrido en campo cecano (NSOM por sus siglas en inglés). Las medidas NSOM representan el primer paso hacia la validación experimental de fuentes de fotones individuales integradas, basadas en emisores cuánticos. El trabajo futuro involucra la utilización de estos dispositivos como base para la implementación de fuentes de fotones individuales integradas en un chip, con las siguientes características: determinísticas, altamente eficientes, con ancho de banda amplio en la ventana de las comunicaciones ópticas e integrados en fotónica de silicio para su transporte a largas distancias, con bajas pérdidas; por tanto, adecuadas para su uso en aplicaciones de procesamiento cuántico de información. Le développement de sources intégrées de photon unique efficaces dans les longueurs d’ondes des télécommunications est en train de jouer un rôle majeur pour le développement des technologies quantiques. Ce projet de recherche doctoral montre une contribution au développement de ces sources en proposant et démontrant expérimentalement la réalisation d’une paire de dispositifs nanophotoniques intégrés complémentaires. Deux principes fondamentaux de l’optique électromagnétique ont été utilisés pour leur conception, le théorème de réciprocité et le principe de Babinet. Les résultats montrent que les structures intégrées permettent un confinement extrême de la lumière et par conséquence, un renforcement des champs électrique et magnétique. Réciproquement, l’émission spontanée d’émetteurs électriques et magnétiques localisés à la place des champs confinés est accélérée sélectivement dans les modes du champ par effet Purcell électrique et magnétique. Les dispositifs complémentaires ont été fabriqués à l’aide de techniques avancées de lithographie électronique et caractérisés expérimentalement en champ lointain, via des mesures de durée de vie, ainsi qu’en champ proche à l’aide d’un microscope optique en champ proche. Ces mesures représentent une première étape de validation expérimentale vers la réalisation de sources intégrées de photon unique à base d’émetteurs quantiques. Les perspectives des travaux portent sur la réalisation de sources intégrées déterministes et efficaces et les combiner avec de circuits photonique sur silicium plus complexes. | |
| CICESE | |
| 2019 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Meza Olivo, A.A. 2019. Enhanced emission of nanoemitters in plasmonic waveguides on silicon photonics: towards integrated sources. Thesis Ph. D. Sciencie. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 164 pp. Meza Olivo, A.A. 2019. Emisión de nanoemisores exaltada por plasmones de superficie en fotónica de silicio: hacia la implementación de fuentes integradas. Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 164 pp. Meza Olivo, A.A. 2019. Emission de nanoémetteurs exaltée par plasmon de surface en photonique silicium : vers des sources intégrées . These de Docteur. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 164 pp. | |
| OPTICA FÍSICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Óptica |
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