Etude des processus optiques non-linéaires cohérents des semiconducteurs nanostructurés en microcavité

This thesis concerns the coherent non-linear optical processes of nanostructured semiconductors in microcavity. An ultra-fast and low-dissipative optical gate feasibility, with low switching energy (~µJ/cm²) is demonstrated. Diffraction and degenerated pump-probe experiments have been performed on semiconductor microcavitiesat room temperature. A fast semiconductor dielectric function modulation is induced by photon energy excitations below the band gap energy. A 2% diffraction efficiency and a 5:1 contrast ratio reflectivity modulation have been measured using a low axcitation energy (~µJ/cm²). This ultra-fast optical modulation has been attributed to the optical Stark effect. Light/matter interaction is exalted by inserting the non-linear material in a Fabry-Pérot microcavity; command intensity is thus lowered. A numerical study of a microcavity with an absorbent medium has been performed. We have shown that the minimum of reflectivity does not occur at the resonant wavelength Λres but at a pseudo-resonant wavelength Λres. The shift between these two wavelengths can reach several nanometers. Taking into account this study, a modeling of microcavity-coupled optical Stark effect has been proposed. A good agreement between experiments and modelling is demonstrated and open a way to study the microcavity elaboration parameters and structure design well suited to all optical modulation with low switching energy.Ce travail de thèse porte sur l'étude des processus non-linéaires cohérents des semiconducteurs nanostructurés en microcavité. Cette étude montre la faisabilité d'une porte optique ultra-rapide et peu dissipative fonctionnant avec une faible énergie de commande (~µJ/cm²). Des études expérimentales en diffraction et en pompe-sonde dégénérées ont été réalisées sur des microcavités semiconductrices, à température ambiante. Elles ont permis de mettre en évidence une modulation ultra-rapide de la fonction diélectrique du semiconducteur lorsque l'on excite le matériau dans sa région de transparence. Un rendement de diffraction de 2% et une modulation de réflectivité d'un contraste 5:1 ont été mesuré pour une excitation de faible énergie (~µJ/cm²). Cette modulation ultra-rapide a été attribuée à l'effet Stark optique. L'insertion du matériau non-linéaire dans une microcavité Fabry-Pérot permet d'exalter l'interaction lumière/matière et ainsi d'abaisser l'intensité de commande. Une étude numérique d'une microcavité contenant un milieu absorbant a été réalisée. Nous avons montré que le minimum de réflectivité ne se produit pas forcément à la longueur d'onde de résonance lres attendue mais en une longueur d'onde dite de pseudo-résonance lps. Le décalage entre ces deux longueurs d'onde peut atteindre plusieurs nanomètres. En considérant cette étude, une modélisation du couplage de l'effet Stark optique avec le mode de la cavité a également été réalisée. Le modèle développé permet de rendre compte des résultats expérimentaux de modulation de réflectivité. L'utilisation de ce modèle permettrait d'étudier l'influence des paramètres d'élaboration de la cavité sur la modulation et ainsi de définir une structure adaptée à la modulation