Soutenance de thèse de Aurelian Loirette--Pelous

Soutenance de thèse de Aurelian Loirette--Pelous, doctorant dans le groupe Nanophotonique du Laboratoire Charles Fabry, le 05 Juin 2023 à 14h00 dans l'Auditorium de l'Institut d'Optique Graduate School à Palaiseau, sur le thème : " Étude théorique de l’émission de lumière par une assemblée d’émetteurs thermalisés dans un résonateur ".

Résumé : " Le contrôle des propriétés de l’émission de lumière (taux d’émission spontanée, spectre, directivité, polarisation…) est au cœur de nombreuses applications actuelles. Une approche remarquablement  efficace est l’utilisation d’un résonateur, tel qu'une cavité ou une nanoantenne, pour modifier le processus d'émission par un/des émetteur(s). En particulier, de nombreux dispositifs résonants basés sur des émetteurs à l’état solide ont été étudiés. Cependant, la modélisation théorique de ces dispositifs est plus complexe que pour ceux reposant sur un émetteur unique, et a été peu explorée.  Dans cette thèse, nous développons et testons de nouvelles théories pour l'étude de l'émission de lumière par des d'émetteurs à l’état solide via un résonateur, dans le cas particulier où les émetteurs sont localement thermalisés. Dans cette hypothèse, les grandeurs caractérisant l'émission sont simplement l'absorptivité du système, la température des porteurs et leurs quasi-niveaux de Fermi. Il a été ainsi récemment avancé qu’une extension de la loi de Kirchhoff aux systèmes localement thermalisés permet de prédire quantitativement les propriétés de l'émission. Cet outil de modélisation est central dans cette thèse. Quatre problèmes sont abordés: (i) Le contrôle par une métasurface de l’émission spontanée par un ensemble de boîtes quantiques colloïdales est étudié. Un excellent accord entre des simulations avec la loi de Kirchhoff généralisée et des données expérimentales existantes est exposé, démontrant la validité de ce nouvel outil théorique. (ii) Une étude approfondie de la loi de Kirchhoff généralisée est menée, mettant en évidence sa validité dans le régime laser. (iii)  Le  phénomène de photoluminescence par un métal pompé par un laser est étudié. Sous pompage continu, des approximations permettent d’établir une loi de Kirchhoff généralisée, bien que les émetteurs ne soient pas thermalisés. Un bon accord entre ce modèle et des données expérimentales est trouvé. (iv) Le phénomène de condensation de Bose-Einstein de photons est étudié, et en particulier son lien avec le régime laser d’émetteurs thermalisés dans un résonateur. Une généralisation hors-équilibre de la distribution de Bose-Einstein est introduite, permettant de relier ces deux régimes et de repenser le régime laser d’un résonateur multimode ".