Control of the light emission by a thermalized assemblee of emmiters coupled to a resonator
Contrôle de l'émission de lumière par une assemblée thermalisée d'émetteurs couplée à un résonateur
Résumé
It was in 1946 that Purcell discovered that the spontaneous emission rate of an emitter can be modified by its environment. Since then, several research groups have sought to place all kinds of emitters (atoms, quantum boxes, dye molecules...) in all kinds of cavities (Fabry-Perot cavity, plasmonic cavity, waveguide...) in order to reduce the lifetime of these emitters. Later, it was understood that many of the emission properties of an emitter such as the emission directivity, or the emission polarization can be affected by the environment of the emitter.It is therefore possible to control the light-emitting properties of a single emitter by controlling its environment, but is it possible to apply the same concepts not to a single emitter but to an assembly of emitters? Is it possible to realize light sources whose direction, polarization or emission spectrum would be controlled?The objective of this thesis is to design new light sources composed of a thermalized assembly of emitters coupled to a resonator, whose emission properties are controlled.In the framework of my thesis, we used a new theoretical model developed in our research group, allowing us to model the light emission of an assembly of thermalized emitters in a cavity. We have modeled the light emission of an assembly of nanoplatelets coupled to a propagative plasmon, as well as the light emission of a quantum box assembly coupled to a dielectric mode, by applying this model. We finally used this new theoretical framework to design a polarized and directive light source, composed of an assembly of nanoplatelets on a gold lattice.
C'est en 1946 que Purcell découvre que le taux d'émission spontanée d'un émetteur peut être modifié par son environnement. Depuis, plusieurs groupes de recherches ont cherché à placer toutes sortes d'émetteur (atomes, boîtes quantiques, molécules de colorant...) dans toutes sortes de cavité (cavité Fabry-Perot, cavité plasmonique, guide d'ondes...) afin de réduire le temps de vie de ces émetteurs. Par la suite, il a été compris que plusieurs des propriété d'émission d'un émetteur tel que la directivité d'émission, ou encore la polarisation d'émission peuvent être affectées par l'environnement de l'émetteur.Il est donc possible de contrôler les propriété d'émission de lumière d'un émetteur unique en contrôlant son environnement, mais est-il possible d'appliquer les même concepts non pas à un émetteur unique mais à une assemblée d'émetteurs? Peut-on réaliser des sources de lumières dont la direction, la polarisation ou le spectre d'émission serait contrôlé ?L'objectif de cette thèse est de concevoir de nouvelles sources de lumières composées d'une assemblée thermalisée d'émetteurs couplée à un résonateur, dont les propriétés d'émission sont contrôlées.Dans le cadre de ma thèse, nous avons utilisé un nouveau modèle théorique développé dans notre groupe de recherche, permettant de modéliser l'émission de lumière d'une assemblée d'émetteurs thermalisés en cavité. Nous avons modélisé l'émission de lumière d'une assemblée de nano-plaquettes couplée à un plasmon propagatif, ainsi que l'émission de lumière d'une assemblée de boîtes quantiques couplée à un mode diélectrique, en appliquant ce modèle. Nous avons enfin utilisé ce nouveau cadre théorique pour concevoir une source de lumière directive et polarisée, composée d'une assemblée de nano-plaquettes sur un réseau d'or.
Origine : Version validée par le jury (STAR)