Conférence 3: Vers des sources de photons uniques tout-fibre /Towards All-Fiber Single Photon Sources

*Conférence bilingue anglais et français 

Les sources de lumière produisant des photons uniques sur demande font partie intégrante des systèmes photoniques pour des applications telles que l'informatique quantique par optique linéaire et les communications quantiques. Nous proposons de fabriquer des sources de photons uniques intégrées dans des fibres optiques permettant un couplage optimal à des circuits intégrés photoniques à l’aide de systèmes d'alignement de fibres standard en télécommunications. Nous présenterons la première fabrication et caractérisation de fibres polymères dopées de façon homogène avec des points quantiques colloïdaux ainsi que les résultats de simulations FDTD d'un dipôle électrique représentant un émetteur de photons uniques dans différentes fibres optiques microstructurées. Notre méthode de fabrication disperse nos points quantiques colloïdaux de CdSe/CdS dans des préformes nanocomposites en polystyrène pour les étirer directement à basse température en fibres optiques actives claires et hautement photostables avec un impact minimal sur les propriétés de luminescence des points quantiques colloïdaux. De plus, la température de transition vitreuse et l'indice de réfraction ne sont pas affectés par des changements de dopage avec des fractions volumiques de points quantiques colloïdaux restant inférieures à 1%. Les simulations montrent que les fibres optiques microstructurées peuvent optimiser la propagation de la lumière pour améliorer l’efficacité de collection ainsi que l'interaction lumière-matière pour raccourcir le temps de vie d’émission radiative. Le facteur d'amélioration de cet effet Purcell pour les fibres optiques microstructurées diélectriques peut atteindre 2,68 avec une géométrie circulaire tandis qu'une efficacité de 55,0 % en couplage de sortie peut être atteint pour un réseau hexagonal.

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Quantum light sources producing on-demand streams of single photons are an integral part of photonic systems in applications such as linear optical quantum computing and quantum communications. We propose to fabricate single-photon sources directly into optical fibers that can then be optimally coupled to photonic integrated circuits by standard telecom fiber alignment systems. The fabrication and characterization of the first polymer fibers homogeneously doped with colloidal quantum dots will be shown as well as the output of finite difference time domain (FDTD) simulations of an electric dipole representing a single photon emitter in different microstructured optical fibers. Our fabrication method disperses in-house synthesized CdSe/CdS colloidal quantum dots in polystyrene nanocomposite preforms, enabling the simple, low-temperature direct drawing of clear and highly photostable active optical fibers with minimal impact on the colloidal quantum dots luminescence properties. The glass transition temperature and refractive index are also unaffected by doping with volume loading fractions of colloidal quantum dots staying below 1%. Simulations show that microstructured optical fibers can tailor both the light propagation to improve collection and the light-matter interaction to shorten the radiative emission lifetime. Specifically, the Purcell enhancement factor for dielectric microstructured optical fibers can reach 2.68 for a circular geometry whereas an out-coupling yield of 55.0 % can be achieved with an hexagonal lattice.