Les systèmes électroniques semi-conducteurs à confinement quantique fonctionnant dans le régime de couplage fort lumière-matière acquièrent des propriétés optiques non linéaires radicalement nouvelles. Le projet SMART-QDEV s'appuiera sur ces propriétés pour faire la démonstration d'une nouvelle classe de dispositifs semi-conducteurs dotés de fonctionnalités non linéaires ultra-rapides.

Le projet, qui débutera en septembre 2024, ciblera plus particulièrement la gamme spectrale de l'infrarouge moyen (3mm<l<30mm), d'autant plus importante que les gaz présentent des lignes d'absorption spectrales caractéristiques. L'un des principaux objectifs est de développer des sources et des peignes de fréquence compacts et pratiques à verrouillage de mode, qui font actuellement défaut dans cette région du spectre. En particulier, des miroirs d'absorption saturables à semi-conducteurs ultra-rapides (SESAM) seront présentés dans toute la gamme spectrale de l'infrarouge moyen. Les SESAM ont révolutionné les lasers ultrarapides dans l'infrarouge proche, mais ne sont pas encore disponibles pour les grandes longueurs d'onde. Ce développement sera ensuite appliqué aux lasers à cascade interbandes et aux lasers à fibre, ce qui permettra des avancées radicales dans la technologie des peignes laser.

Le deuxième axe du projet concerne la physique fondamentale et particulièrement l’étude de la limite des non-linéarités à quelques photons, jusqu'au cas ultime de dispositifs capables de "détecter" des photons virtuels. Le but recherché est de développer des dispositifs dont le fonctionnement est affecté par les photons du champ du vide, un effet électrodynamique purement quantique, développant ainsi un nouveau concept de capteur de proximité basé sur l'électrodynamique de la cavité.

Figure 1 - En bas : architecture de cavité pour l'exploitation des non-linéarités dans le régime de couplage fort : QWs actifs (rose) intégrés dans des cavités métalliques hautement confinantes (jaune).
En haut : intensité de saturation adaptable en fonction de la force du couplage lumière-matière, et dispositifs potentiels pour les différents régimes.