Brevet FR3098666A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : source de photons uniques à facteur d'indiscernabilité élevé Domaine technique [0001] Le domaine de l'invention est celui des sources de photons uniques comportant un fil photonique contenant un émetteur de photons uniques, dont on cherche à améliorer le facteur d'indiscemabilité. L'invention présente une application notamment dans les domaines de la cryptographie, des communications quantiques, du calcul quantique photonique et de la métrologie. Technique antérieure [0002] Il existe des sources de photons uniques, dont les domaines d'application se trouvent par exemple dans la cryptographie, les communications quantiques, le calcul quantique photonique, la métrologie. D'une manière générale, une source de photons uniques est une source lumineuse capable d'émettre à la demande des impulsions lumineuses contenant chacune un seul photon. On cherche à ce que les photons émis présentent le même état, en termes de fréquence, de polarisation et de forme de paquet d'onde. [0003] Les sources de photons uniques sont caractérisées par plusieurs facteurs de mérite, dont le facteur de pureté P qui caractérise l'absence d'impulsion émise contenant plus de 1 photon, le facteur d'efficacité E qui exprime la probabilité que l'impulsion émise contienne effectivement un seul photon, et le facteur d'indiscemabilité I qui rend compte de la 'ressemblance' de deux photons émis dans des impulsions distinctes. [0004] Une source de photons uniques comporte un émetteur de photons uniques, lequel forme alors un atome artificiel, c'est-à-dire un système à deux niveaux d'énergie distincts, à savoir un état fondamental Ig) et un état excité le). Il peut s'agir, entre autres, d'une boîte quantique semiconductrice ou encore d'un centre coloré d'un cristal de diamant. Lorsqu'on excite l'atome artificiel optiquement ou électriquement, celui-ci repasse du premier état excité le) à l'état fondamental Ig) en émettant un unique photon dont la longueur d'onde correspond à la différence d'énergie entre ces deux états. C'est le phénomène d'émission spontanée. La source de photons uniques peut présenter notamment deux configurations différentes, selon que l'émetteur de photons uniques est disposé dans une microcavité optique résonante ou dans un nanofil photonique formant un guide d'onde monomode. [0005] La figure 1A illustre un exemple d'une source de photons uniques 1A selon une première configuration, dans laquelle une boîte quantique semiconductrice 23 est située dans un pilier 2 formant une microcavité optique résonante. Le pilier 2 repose sur un substrat support 10 et est orienté suivant un axe longitudinal A orthogonal au 2 plan XY du substrat support 10. Le pilier 2 comporte une boîte quantique semiconductrice 23 réalisée en InAs placée dans une couche en GaAs, celle-ci étant située entre deux miroirs de Bragg 3.1, 3.2 réalisés en GaAs/AlAs. Le diamètre local du pilier 2 reste sensiblement constant le long de l'axe longitudinal A, et est de l'ordre du micron, par exemple égal à lpm environ. Cette microcavité résonante 2 comporte des modes résonants discrets, et la boîte quantique semiconductrice 23 présente une énergie de bande interdite qui correspond de préférence au mode fondamental de la microcavité résonante 2, de sorte que l'émission de la boîte quantique semiconductrice 23 est fortement accélérée par effet Purcell. Aussi, la probabilité d'injecter un photon dans le mode fondamental de la microcavité résonante 2 est proche de 1. Cependant, de telles sources de photons uniques lA ne permettent actuellement pas d'obtenir à la fois un facteur d'efficacité E élevé et un facteur d'indiscernabilité I élevé. [0006] La figure 1B illustre un exemple d'une source de photons uniques 1B selon une deuxième configuration, dans laquelle une boîte quantique semiconductrice 23 est située dans un fil photonique 20 formant un guide d'onde rnonomode. Le fil photonique 20 repose sur un substrat support 10 qui contient une couche réflectrice 12 revêtue d'une couche diélectrique 13. Le fil photonique 20 ne supporte qu'un seul mode optique dans sa section droite la plus étroite, et présente une variation longitudinale de son diamètre local de manière à former un adaptateur de mode permettant d'optimiser l'extraction lumineuse hors du fil photonique 20 avec un diagramme d'émission de forme gaussienne à faible ouverture numérique. Dans cet exemple, le fil photonique 20 présente une forme générale évasée, mais une forme effilée est également possible. Un tel fil photonique 20 est notamment décht dans l'article de Munsch et al. intitulé Dielectric GaAs antenna ensuring an efficient broadband coupling an InAs quantum-dot light emitter and a gaussian optical beam, Phys. Rev. Lett. 110, 177402 (2013). Dans cet exemple, le fil photonique 20 est réalisé en un matériau cristallin de haut indice et comporte une boîte quantique semiconductrice 23 en InAs. Une telle source de photons uniques 1B permet d'obtenir un facteur d'efficacité E particulièrement élevé, supérieur à 0.75, et pouvant avoisiner 0.92 (Munsch 2013). [0007] Cependant, il existe un besoin de disposer d'une source de photons uniques présentant un facteur d'indiscemabilité I élevé tout en conservant un facteur d'efficacité E également élevé. Or, il apparaît que les propriétés de l'émetteur peuvent être impactées par les vibrations mécaniques du fil photonique, ce qui peut conduire à une dégradation du facteur d'indiscemabilité I de la source de photons uniques (cf notamment l'article de Yeo et al. intitulé Strain-mediated coupling in a quantum dotmechanical oscillator hybrid system, Nat. Nanotechnol. 9, 106-110, 2014). 3 Exposé de l'invention [0008] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer une source de photons uniques à fil photonique formant un guide d'onde monomode, dont le facteur d'indiscernabilité I est amélioré. [0009] Pour cela, l'objet de l'invention est une source de photons uniques comportant : un substrat support comportant une couche réflectrice ; et un fil photonique : - reposant sur le substrat support et disposé en regard de la couche ré-'lectrice, et s'étendant suivant un axe longitudinal A sensiblement orthogonal au plan du substrat support, - comportant un émetteur de photons uniques, - formant un guide d'onde monomodc pour les photons uniques, et - présentant des dimensions transversales variant longitudinalement en direction d'une extrémité supérieure du fil photonique, de manière à former un adaptateur de mode pour un mode optique guidé. [0010] Selon l'invention, le fil photonique est formé de deux parties coaxiales, distinctes et distantes l'une de l'autre suivant l'axe longitudinal A. à savoir : une partie inférieure, reposant au contact du substrat support, dans laquelle est disposé l'émetteur ; et une partie supérieure, suspendue au-dessus de la partie inférieure et couplée optiquement à celle-ci. [0011] De plus, la source de photons uniques comporte une structure de maintien comportant : au moins un pilier reposant au contact du substrat support et disposé de manière adjacente au fil photonique ; et au moins un bras de maintien reliant mécaniquement la partie supérieure au pilier et maintenant la partie supérieure suspendue au-dessus de la partie inférieure. [0012] Certains aspects préférés mais non limitatifs de cette source de photons uniques sont les suivants. [0013] De préférence, la partie inférieure présente un volume inférieur à celui de la partie supérieure. [0014] De préférence, la partie supérieure comporte l'adaptateur de mode. [0015] De préférence, la partie supérieure est espacée de la partie inférieure d'une distance d comprise entre 5nm et Xe/n, où X, est la longueur d'onde des photons émis par l'émetteur et où n est l'indice de réfraction du matériau cristallin du fil photonique. [0016] Le fil photonique et le pilier peuvent être réalisés à base d'un même matériau cristallin. [0017] Le pilier peut comporter une portion intercalaire en un matériau sacrificiel, disposée entre deux parties du pilier réalisées en le matériau cristallin, cette portion intercalaire étant coplanaire avec l'espacement entre les parties inférieure et supérieure du fil photonique. [0018] Le bras de maintien peut être réalisé en ledit même matériau cristallin, et peut s'étendre dans un plan parallèle au plan du substrat support à partir d'une bordure latérale de la partie supérieure. [0019] Le bras de maintien peut être réalisé en un matériau différent dudit matériau cristallin, et peut s'étendre sur et au contact d'une extrémité supérieure du fil photonique opposée au substrat support. [0020] Le fil photonique peut présenter une forme évasée ou une forme effilée suivant une direction opposée au substrat support. [0021] Le fil photonique peut présenter une forme effilée, et le bras de maintien peut comporter une portion de maintien partiellement au contact de la partie supérieure, la portion de maintien présentant une symétrie de rotation autour de l'axe longitudinal A ainsi qu'une dimension moyenne dans un plan parallèle au substrat support supérieure à une valeur maximale des dimensions transversales du fil photonique. [0022] Le fil photonique peut être réalisé à base d'un matériau cristallin choisi parmi les composés III-V ou les composés H-VI, et l'émetteur peut être formé d'au moins une boîte quantique semiconductrice. [0023] L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'une source de photons uniques selon l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant les étapes suivantes : réalisation d'un empilement comportant : un substrat support comportant une couche rétlectrice revêtue d'une couche diélectrique d'arrêt de gravure ; une première et une deuxième sous-couches destinées à former la partie inférieure, reposant au contact de la couche diélectrique, réalisées en un matériau cristallin dit de haut indice, et entre lesquelles est située un émetteur ; une couche sacrificielle reposant au contact de la deuxième sous-couche ; une deuxième couche destinée à former la partie supérieure, reposant au contact de la couche sacrificielle ; gravure partielle de l'empilement de manière à former le pilier et le fil photonique, une portion de la couche sacrificielle participant alors à définir une bordure latérale du pilier, et une portion de la couche sacrificielle participant alors à définir une bordure latérale du fil photonique ; gravure sélective de la couche sacrificielle de manière à supprimer la portion de la couche sacrificielle du fil photonique, et assurant ainsi la suspension de la partie supérieure au-dessus de la partie inférieure, tout en préservant au moins une partie de la portion de la couche sacrificielle du pilier. 100241 Le bras de maintien peut être réalisé lors de l'étape de formation du pilier et du fil photonique, de sorte qu'il assure la liaison mécanique entre le pilier et la partie supérieure du fil photonique. [0025] A la suite de l'étape de formation du pilier et du fil photonique, la partie supérieure peut ne pas être liée mécaniquement au pilier. Le procédé peut alors comporter les étapes suivantes : dépôt d'une couche d'encapsulation recouvrant le pilier et le fil photonique, et planarisation de la couche d'encapsulation de manière à rendre libre une extrémité supérieure du pilier et une extrémité supérieure du fil photonique ; réalisation d'un bras de maintien s'étendant sur la couche d'encapsulation et au contact de l'extrémité supérieure du pilier et de l'extrémité supérieure du fil photonique ; suppression de la couche d'encapsulation ; gravure sélective de la couche sacrificielle, assurant ainsi la suspension de la partie supérieure au-dessus de la partie inférieure. Brève description des dessins [0026] D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure I A et I B, déjà décrites, sont des vues schématiques et partielle en coupe longitudinale de deux sources de photons uniques selon des exemples de l'art antérieur, comportant une microcavité résonante (fig. I A) ou un fil photonique monomode (fig. I B) ; les figures 2A et 2B sont des vues schématiques et partielles, en perspective (fig.2A) et en coupe longitudinale (fig.2B) d'une source de photons uniques selon un premier mode de réalisation dans lequel le fil photonique présente une forme générale évasée ; la figure 3A est une vue schématique d'une source de photons uniques comportant un dispositif d'excitation optique et un dispositif de collection selon une première variante ; et la figure 3B est une vue schématique et partielle d'une source de photons uniques comportant un dispositif d'excitation optique selon une deuxième variante ; les figures 4A et 4B sont des exemples d'évolution du facteur d'indiscernabilité I en fonction de la température T du fil photonique de la source de photons uniques, pour un fil photonique selon un exemple de l'art antérieur (fig.4A) et pour un fil photonique similaire à celui du premier mode de réalisation (fig.4B) ; les figures 5A à 5H illustrent différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une source de photons uniques similaire à celle du premier mode de réalisation ; 6 les figures 6A et 6B sont des vues schématiques et partielles, en coupe longitudinale (fig.6A) et en vue de dessus (fig.6B), d'une source de photons uniques selon un deuxième mode de réalisation dans lequel le fil photonique présente une forme effilée ; les figures 7A à 7F illustrent différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une source de photons uniques selon le deuxième mode de réalisation. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0027] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les ternies « sensiblement». « environ », « de l'ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre ... et ... » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire. L'usage de l'article indéfini « un » ou « une » pour un élément ou une étape n'exclut pas la présence d'une pluralité de tels éléments ou étapes, sauf mention contraire. [0028] L'invention porte sur une source de photons uniques permettant d'émettre des photons avec un facteur d'indiscernabilité I élevé. La source de photons comporte un fil photonique formant un guide d'onde monomode du type de celui décrit précédemment en référence à la fig.1B au sein duquel se situe un émetteur de photons uniques formant un atome artificiel. [0029] Une source de photons uniques est une source produisant à la demande, par émission spontanée, des impulsions lumineuses ne contenant qu'un seul photon. Deux photons sont dits indiscernables lorsqu'ils sont identiques en termes d'état quantique, c'est-à-dire en termes de polarisation, de fréquence, et de distributions spatiale et temporelle de l'impulsion lumineuse contenant le photon unique. [0030] L'émetteur de photons uniques est assimilable en première approximation à un système à deux niveaux. Comme mentionné précédemment, un tel émetteur présente ainsi un état fondamental 1g) et un état excité le). Lorsqu'il est porté dans son état excité par une impulsion optique ou électrique, il relaxe spontanément vers son état fondamental 1g) en émettant, par émission spontanée, un et un seul photon dont la longueur d'onde correspond à la différence d'énergie entre les états excité le) et fondamental le Un tel émetteur de photons uniques présente ainsi des niveaux d'énergie discrets, et l'on parle alors d'un atome artificiel, par analogie avec les états électroniques discrets d'un atome. Un tel émetteur peut être une boîte quantique semiconductrice, dont le confinement des charges suivant les trois directions de l'espace à une échelle nanométrique rend les niveaux d'énergie discrets. De manière connue, un tel émetteur peut également être choisi parmi des nanocristaux, des molécules, voire des 7 centres colorés d'un solide cristallin isolant (par ex. diamant) ou semiconducteur. [0031] Dans la suite de la description, l'émetteur de photons uniques est une boîte quantique semiconductrice, formée d'un îlot nanométrique d'un composé semiconducteur, par exemple de l'InAs, isolé dans un matériau cristallin de haut indice, par exemple du GaAs, qui forme le fil photonique. Aussi, à basse température (quelques kelvins par exemple), une impulsion laser courte devant la durée de vie radiative dc la boîte quantique permet de faire passer celle-ci de son état fondamental 1g) à son état excité le). La boîte quantique se désexcite en émettant un unique photon par émission spontanée. La source de photons uniques, par excitation successive de la boîte quantique, émet ainsi par émission spontanée des photons à différents instants distants dans le temps. [0032] Cependant, Yeo et al. 2014 ainsi que l'article de Munsch et al. intitulé Resonant drivitzg of a single photon etnitter etnbedded in ci tnechaniccd oscillator, Nat. Commun. 8, 76 (2017) ont montré que les propriétés d'une telle boîte quantique peuvent être modifiées par son environnement, et en particulier par les vibrations mécaniques du fil photonique. Plus précisément, une déformation mécanique du fil photonique génère des contraintes mécaniques au sein de la boîte quantique qui fluctuent dans le temps, et entraînent alors une modification dans le temps des propriétés de la boîte quantique, et notamment de la différence d'énergie entre l'état fondamental 1g) et l'état excité le). En conséquence, au cours de deux émissions successives de photons uniques, la fréquence d'émission fluctue, ce qui donne lieu à des trains d'onde à un seul photon qui sont différents les uns des autres. Cette influence des vibrations mécaniques du fil photonique sur les propriétés de la boîte quantique contribue donc à dégrader le facteur d'indiscemabilité I. [0033] Aussi, la source de photons uniques selon les différents modes de réalisation décrits ci-dessous comporte un fil photonique monomode segmenté en deux parties coaxiales, distinctes et distantes l'une de l'autre suivant l'axe longitudinal A, de manière à diminuer l'influence des vibrations mécaniques du fil photonique sur les propriétés de l'émetteur, améliorant ainsi le facteur d'indiscemabilité I de la source de photons uniques. [0034] Les figures 2A et 2B sont des vues schématiques et partielles, en perspective (fig.2A) et en coupe longitudinale (fig.2B) d'une source de photons uniques 1 selon un premier mode de réalisation. [0035] D'une manière générale, la source de photons uniques 1 comporte au moins un fil photonique 20 qui repose sur un substrat support 10, une structure de maintien 50 d'une partie du fil photonique 20, un dispositif d'excitation optique 30 adapté à provoquer l'émission spontanée d'un photon unique par l'émetteur 23, et un dispositif de collection 40 adapté à assurer par exemple le couplage optique entre le fil 8 photonique 20 et un guide d'onde externe 43. [0036] Dans ce premier mode de réalisation, le fil photonique 20 présente une forme générale évasée en direction de son extrémité supérieure 20.2, c'est-à-dire qu'il présente un élargissement de son diamètre local à mesure que l'on s'éloigne du substrat support 10. Le fil photonique 20 forme alors une « trompette photonique », selon l'expression donnée notamment dans l'article de Munsch et al. 2013. Par ailleurs, l'émetteur 23 de photons uniques, autrement dit l'atome artificiel, est une boîte quantique réalisée en un matériau semiconducteur et située dans le matériau cristallin de haut indice à base duquel est formé le fil photonique 20. [0037] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel or- thogonal XYZ, où les axes X et Y forment un plan parallèle au plan principal du substrat support 10, et où l'axe Z est orienté en direction du fil photonique 20 et est parallèle à l'axe longitudinal de ce dernier. Par ailleurs, les termes « inférieur » et « supérieur » s'entendent comme étant relatifs à un positionnement croissant lorsqu'on s'éloigne du substrat support 10 suivant la direction +Z. [0038] Le substrat support 10 est le substrat sur lequel repose le fil photonique 20. Il est formé d'une couche principale épaisse 11, de préférence rigide, réalisée en un ou plusieurs matériaux. La couche principale 11 peut être une plaque semiconductrice ( wafer, en anglais) présentant par exemple une épaisseur d'une à plusieurs centaines de microns. Elle peut ici être réalisée en GaAs, dopé ou non. [0039] Une couche rétlectrice 12 revêt au moins localement la couche principale 11. Elle est située sous le fil photonique 20 et est adaptée à réfléchir les photons émis par l'émetteur 23 du fil photonique 20. La couche réflectrice 12 peut être réalisée en un matériau métallique, par exemple de l'or d'une épaisseur comprise par exemple entre 100nm et 300nm. [0040] Une couche diélectrique 13 revêt la couche rétlectrice 12 et la couche principale 11. Elle est réalisée en un matériau diélectrique et peu absorbant à la longueur d'onde d'émission Xe, et forme également une couche d'arrêt de gravure vis-à-vis d'agents de gravure utilisés lors de différentes étapes de gravure chimique mises en oeuvre par le procédé de fabrication de la source de photons uniques 1. La couche diélectrique 13 peut être réalisée notamment en un nitrure de silicium, par exemple du Si-,N4 d'une épaisseur de 9 à 11nm environ. [0041] Le fil photonique 20 repose sur le substrat support 10 et est disposé en regard, c'est-à-dire à la perpendiculaire, de la couche rétlectrice 12. D'une manière générale, le fil photonique 20 se présente sous la forme d'un élément tridimensionnel allongé suivant un axe longitudinal A sensiblement orthogonal au plan XY du substrat support 10. Autrement dit, il présente une dimension longitudinale (hauteur h) suivant l'axe longitudinal A supérieure aux dimensions transversales. Les dimensions transversales 9 du fil photonique 20, c'est-à-dire leurs dimensions dans un plan XY, peuvent être par exemple comprises entre lOnm et 51.1m, et de préférence comprises entre 100nm et 2m. Dans la mesure où les dimensions transversales présentent une variation longitudinale le long de l'axe longitudinal A. la hauteur du fil photonique 20 est supérieure aux dimensions transversales maximales, par exemple 2 fois, et de préférence au moins 5 fois supérieure. La hauteur h est définie comme étant la distance, suivant l'axe Z, entre l'extrémité inférieure 20.1 du fil photonique 20 au contact du substrat support 10 et son extrémité supérieure 20.2. L'extrémité inférieure 20.1 et l'extrémité supérieure 20.2 sont reliées entre elles par une bordure latérale 20.3. [0042] La section droite du fil photonique 20, dans un plan XY orthogonal à l'axe lon- gitudinal A, peut présenter différentes formes, par exemple une forme circulaire, ovale, polygonale par exemple triangulaire, carrée, rectangulaire, voire hexagonale, selon que l'on souhaite notamment que le mode guidé présente ou non une dégénérescence en polarisation, comme décrit par la suite. On définit ici le diamètre comme étant une grandeur associée au périmètre local du fil photonique 20 pour une section droite. Il peut s'agir du diamètre d'un disque présentant la même surface que la section droite du fil photonique 20. Le diamètre local est le diamètre du fil photonique 20 pour une section droite à une hauteur donnée de celui-ci. Le diamètre moyen est la moyenne, par exemple arithmétique, des diamètres locaux le long du fil photonique 20 ou d'une portion de celui-ci. Dans cet exemple, le fil photonique 20 présente une section droite circulaire le long de l'axe longitudinal A. [0043] Le fil photonique 20 est réalisé à base d'au moins un matériau cristallin de haut indice de réfraction. Dans le cas où l'émetteur 23 est une boîte quantique semiconductrice, le matériau cristallin de haut indice est choisi en fonction du composé semiconducteur de la boîte quantique. Ainsi, le matériau cristallin de haut indice peut être un composé III-V, par exemple du GaAs ou de rInP lorsque la boîte quantique est réalisée en InAs, ou de l'AIN lorsque la boîte quantique est réalisée en GaN. Dans ce premier mode de réalisation, le fil photonique 20 est réalisé en GaAs et comporte au moins une boîte quantique en InAs. D'autres combinaisons de matériaux sont possibles, tant parmi les composés III-V que parmi les composés II-VI, en fonction de la longueur d'onde d'émission X. souhaitée. En variante, l'émetteur 23 peut être un centre coloré (défaut unique) d'un cristal de diamant (cf. notamment l'article de Babinec et al. intitulé A diamond nanowire single-photon source, Nat. Nanotechnol., 5, 195 (2010)). [0044] L'émetteur 23 est ici au moins une boîte quantique réalisée en un composé semi- conducteur dont l'énergie de bande interdite détermine la longueur d'onde X. des photons émis. De préférence, le fil photonique 20 ne comporte qu'une seule boîte quantique 23, disposée de préférence sur l'axe longitudinal A du fil photonique 20. 11 peut ainsi s'agir d'une boîte quantique 23 en InAs disposée dans une couche continue dite de mouillage en InAs qui s'étend dans un plan parallèle au plan XY. En variante, le fil photonique 20 peut comporter plusieurs boîtes quantiques disposées dans une même couche continue de mouillage. La boîte quantique 23 est de préférence disposée à une hauteur de 100nm environ vis-à-vis du substrat support 10, où le diamètre local du fil photonique 20 est de préférence égal à 200nm environ. Dans le cas où l'émetteur 23 est formé de plusieurs boîtes quantiques, celles-ci peuvent ne pas présenter des dimensions rigoureusement identiques, et peuvent alors émettre des photons à des longueurs d'onde légèrement différentes. Dans ce cas, comme décrit plus loin, le dispositif de collection 40 comporte avantageusement un filtre spectral 41 pour ne transmettre que les photons émis par une boîte quantique choisie. [0045] Le fil photonique 20 présente des dimensions transversales (diamètre local) le long de l'axe longitudinal A choisies de manière à former un guide d'onde monomode à la longueur d'onde d'émission X. c'est-à-dire un guide d'onde supportant un seul mode optique guidé, par exemple le mode fondamental, en particulier dans la section droite du fil photonique comportant l'émetteur. [0046] Pour cela, le fil photonique 20 est réalisé à base d'un matériau cristallin de haut indice, ici du GaAs d'indice de réfraction n égal à 3.45, qui forme le coeur du guide d'onde. Il est entouré d'un environnement de faible indice de réfraction qui forme la gaine du guide d'onde, par exemple du vide ou un gaz. De plus, pour être rnonomodc, le fil photonique 20 présente un diamètre local, dans la section droite contenant l'émetteur 23, sensiblement égale à kin. Dans le cas d'une boîte quantique 23 en InAs adaptée à émettre des photons à une longueur d'onde X. de 950nm environ, le diamètre local du fil photonique 20 au niveau de la boîte quantique 23 est compris entre 150nm et 300nm environ, de préférence égal à 200nm environ. [0047] La forme de la section droite du fil photonique 20 dans le plan XY peut être choisie de sorte que le fil photonique 20 supporte un mode fondamental dégénéré ou non en polarisation. Dans ce premier mode de réalisation où le fil photonique 20 présente une section de forme circulaire, il supporte un mode fondamental dégénéré en polarisation (deux polarisations linéaires, et orthogonales entre elles). [0048] En variante, le fil photonique 20 peut présenter une section droite adaptée à ce que les photons émis soient polarisés, comme l'indique l'article de Munsch et al. intitulé Linearly Polarized Single-Mode Spontaneous Emission in a Photonic Nanowire, Phys. Rev. Lett, 108, 077405, 2012. Pour cela, le fil photonique 20 peut présenter une section droite elliptique tout le long de l'axe longitudinal A. A titre d'exemple, dans le plan de la boîte quantique, la section droite peut présenter un grand axe de 250nm environ et un petit axe de 150nm environ. [0049] Par ailleurs, le fil photonique 20 comporte un adaptateur de mode permettant 11 d'optimiser l'extraction lumineuse du mode guidé hors du fil photonique 20 et d'obtenir un diagramme d'émission de forme gaussienne à faible ouverture numérique. Plus précisément, le fil photonique 20 présente une variation longitudinale du diamètre local en direction de l'extrémité supérieure 20.2, de manière à dé-confiner progressivement le mode guidé, permettant ainsi d'obtenir un diagramme d'émission en champ lointain plus directif, et ainsi adapté à un couplage efficace avec un guide d'onde externe 43. Ainsi, le diamètre local passe, de préférence d'une manière monotone, d'un premier extremum à son extrémité inférieure 20.1 ou à partir d'une hauteur donnée, à un deuxième extremum différent du premier au niveau de l'extrémité supérieure 20.2. [0050] Dans ce mode de réalisation, le fil photonique 20 présente une forme évasée, dans le sens où le diamètre local passe, suivant la direction +Z, d'une valeur minimale d',', à une valeur maximale d'',, située à l'extrémité supérieure 20.2. La variation longitudinale peut être monotone et linéaire. Dans cet exemple, le fil photonique 20 présente une forme générale évasée, dans le sens où la valeur minimale d,';' est située au niveau de l'extrémité inférieure 20.1, et le diamètre local augmente de manière monotone et sensiblement linéaire de &in à dna,. En variante (non représenté), le fil photonique 20 peut présenter une forme évasée sur une hauteur donnée seulement, et non pas sur toute la hauteur du fil. Aussi, dans ce cas de figure, le diamètre local reste tout d'abord sensiblement constant et égal à d,';,, sur une hauteur non nulle à partir de l'extrémité inférieure 20.1, puis augmente jusqu'à la valeur maximale d', à l'extrémité supérieure 20.2. [0051] En variante, et comme décrit en détail plus loin (cf fig.6A-6B), le fil photonique 20 peut présenter une forme effilée, dans le sens où le diamètre local passe, suivant la direction +Z, d'une valeur maximale d', à une valeur minimale &in située à l'extrémité supérieure 20.2. La variation longitudinale peut être monotone et linéaire. Le fil photonique 20 peut présenter une forme effilée sur toute la hauteur du fil, ou sur une partie du fil seulement. Dans ce dernier cas, suivant la direction -FZ, le diamètre local reste tout d'abord sensiblement constant et égal à d,'', sur une hauteur non nulle, puis diminue jusqu'à l'extrémité supérieure 20.2 qui présente un diamètre local égal à dmin. [0052] A titre d'exemple, dans ce mode de réalisation où le fil photonique 20 présente une forme générale évasée, le fil photonique 20 peut présenter une hauteur de l'ordre de 12pin environ, un diamètre local maximal d',', de 1.5pm environ à l'extrémité supérieure 20.2, la boîte quantique 23 étant située à une distance de 100nm environ du substrat support 10 et le diamètre local au niveau de la boîte quantique 23 étant de 200nm environ. Le diamètre local présente une variation longitudinale monotone et sensiblement linéaire avec un angle d'inclinaison a de la bordure latérale sensiblement 12 constant suivant l'axe Z et égale à 30 à 5' environ. [0053] Par ailleurs, dans le cas où le fil photonique 20 présente une forme effilée (fig.6A-6B), le fil photonique 20 peut présenter une hauteur de l'ordre de lOpm, voire moins, un diamètre minimal d',;' de 150nm environ à l'extrémité supérieure 20.2, une diminution monotone et linéaire du diamètre local suivant la direction -Z avec un angle d'inclinaison de l'ordre de 10 à 2' environ sur une hauteur de 1 m environ, puis un diamètre local sensiblement constant et égal à 200nm environ jusqu'à l'extrémité inférieure 20.1 du fil photonique 20. [0054] La source de photons uniques 1 comporte un dispositif d'excitation optique 30 adapté à provoquer l'émission spontanée de photons par la boîte quantique 23 en réponse à un signal d'excitation (impulsion laser), et comporte également un dispositif de collection 40 adapté à collecter le signal émis (photons uniques) par l'émetteur 23 en réponse à l'impulsion laser d'excitation et extrait hors du fil photonique 20 suivant la direction +Z. [0055] La figure 3A illustre de manière partielle et schématique une variante du dispositif d'excitation optique 30 et du dispositif de collection 40, pour laquelle le chemin optique d'excitation et le chemin optique de collection sont en partie confondus. [0056] Le dispositif d'excitation optique 30 comporte une source laser 31 adaptée à émettre un signal d'excitation (impulsion laser) à une longueur d'onde d'excitation (ou de pompage) inférieure ou égale à la longueur d'onde d'émission X. de la boîte quantique. La source laser 31 peut être un laser titane-saphir dont la longueur d'onde X1, est par exemple égale à 820nm. La cadence de répétition peut être de 80MHz environ voire davantage (quelques GHz), et la largeur typique des impulsions laser peut être de l'ordre de la picoseconde, voire moins. [0057] Dans cet exemple, le chemin optique des impulsions laser est défini par des optiques non représentées de telle sorte que le signal d'excitation soit incident sur le fil photonique 20 de manière colinéaire avec l'axe longitudinal A. Le signal d'excitation traverse une lame semi-réfléchissante 32, puis un microscope confocal 33 qui focalise le signal d'excitation sur le fil photonique 20. [0058] Pour que l'émetteur présente une émission spectralement fine, le fil photonique 20 et le substrat support 10 sont disposés dans un cryostat 4 de manière à porter la température à une valeur de préférence inférieure à quelques dizaines de kelvins. [0059] Les photons émis sont extraits hors du fil photonique 20 suivant l'axe longitudinal A au travers de l'extrémité supérieure, et orientés suivant la direction +Z, puis transmis par le microscope confocal 33, réfléchis par la lame semi-réfléchissante 32, et sont collectés par le dispositif de collection 40 qui assure un couplage optique entre le fil photonique 20 et ici un guide d'onde externe 43. [0060] Sur le chemin optique de collection, en aval de la lame semi-réfléchissante 32, le 13 dispositif de collection 40 comporte avantageusement un filtre spectral 41 dans le cas où le fil photonique 20 comporte plusieurs boîtes quantiques situées dans la même couche de mouillage. Le filtre spectral 41 peut comporter un réseau de diffraction et présenter une résolution de 0.1 nm par exemple. Ainsi, dans la mesure où les boîtes quantiques émettent à différentes longueurs d'onde (du fait de leurs tailles différentes et de leurs positions différentes vis-à-vis de l'axe longitudinal A dans une même section droite), le filtre spectral 41 permet de sélectionner le faisceau lumineux émis par une boîte quantique 23 particulière, de préférence celle disposée le plus près de l'axe longitudinal. En effet, une telle boîte quantique 23 présente un taux d'émission spontané (SE raie, en anglais) élevé, comme l'indique notamment l'article de Claudon et al. intitulé A highly efficient single-photon source based on a quantum dot in a photonic nanowire Nat. Photonics, 4, 174 (2010). [0061] Le dispositif de collection 40 comporte ici une lentille 42 permettant de focaliser le signal émis sur l'entrée d'un guide d'onde externe 43, par exemple une fibre optique. La fibre optique 43 peut ensuite être reliée à un photodétecteur, par exemple à avalanche, ou à tout autre dispositif optique et/ou électronique en fonction de l'application souhaitée de la source de photons uniques 1. [0062] Dans le cas où le signal d'excitation (impulsion laser) présente une même longueur d'onde que le signal émis (photon unique) par le fil photonique 20, notamment dans le cas d'une excitation par pompage optique de manière résonante, un polariseur (non représenté) est disposé sur le chemin optique du signal émis, par exemple entre la lame semi-réfléchissante 32 et le guide d'onde externe 43. Cela pernnet ainsi de séparer le signal émis de la partie du signal d'excitation diffusée par le fil photonique 20. Cependant, dans cette configuration, la probabilité de collecter les photons émis peut être diminuée, ce qui réduit l'efficacité de la source de photons uniques 1. [0063] Aussi, il est avantageux de dissocier entièrement le chemin optique du signal d'excitation du chemin optique du signal émis par le fil photonique 20. A ce titre, la figure 3B illustre de manière partielle et schématique une autre variante du dispositif d'excitation optique 30 et du dispositif de collection 40, pour laquelle le chemin optique d'excitation et le chemin optique de collection sont entièrement dissociés. [0064] Le dispositif d'excitation optique 30 comporte ainsi un guide d'onde 34 couplé à la source laser 31 et dont l'extrémité d'émission est disposée à proximité et en direction de l'émetteur 23 du fil photonique 20, suivant un angle non nul vis-à-vis de l'axe longitudinal A, par exemple un angle supérieur ou égal à 45° et avantageusement proche de 90°. Aussi, le signal d'excitation (impulsion laser) est transmis en direction de la boîte quantique par la bordure latérale du fil photonique 20, et non pas par l'extrémité supérieure et de manière colinéaire à l'axe longitudinal A. Dans l'exemple de la fig.3B, le guide d'onde 34 est une fibre optique dont l'extrémité est effilée (ses dimensions 14 transversales diminuent en direction de son extrémité d'émission). Une telle fibre optique (/cipered ()parai fiber, en anglais) peut être placée au voisinage du fil photonique 20 par un micromanipulateur à une fraction de micron près, puis solidarisée au substrat support 10 au moyen par exemple d'un matériau adhésif (colle). [0065] Le dispositif de collection 40 peut alors être similaire à celui illustré sur la fig.3A, et il n'est pas nécessaire qu'il comporte un polariseur dans le cas où l'excitation de la boîte quantique est effectuée par pompage résonant dans la mesure où on réduit fortement la probabilité que le dispositif de collection 40 puisse collecter une partie du signal d'excitation diffusée par le fil photonique 20. On augmente ainsi l'efficacité de la source de photons uniques 1. [0066] Comme mentionné précédemment, il a été constaté que les vibrations mécaniques du fil photonique 20, et plus précisément sa déformation vis-à-vis de l'axe longitudinal A, génèrent des contraintes mécaniques subies par l'émetteur 23 qui varient dans le temps, ce qui affecte le facteur d' indiscernabilité T de la source de photons uniques 1. En effet, il apparaît qu'un couplage est possible entre les modes de vibration supportés par le fil photonique 20 (et plus précisément les phonons présents) et ici la boîte quantique semiconductrice 23. Aussi, ces contraintes mécaniques, qui varient dans le temps, peuvent alors entraîner une modification dans le temps de la bande d'énergie interdite de la boîte quantique 23 et ainsi provoquer une variation dans le temps de la longueur d'onde des photons émis. [0067] Aussi, le fil photonique 20 est structuré de manière à réduire le couplage possible entre l'émetteur 23 et les contraintes mécaniques issues de la déformation mécanique du fil photonique 20. Pour cela, le fil photonique 20 est segmenté en deux parties distinctes, dites inférieure 21 et supérieure 22, coaxiales suivant l'axe longitudinal A, et distantes l'une de l'autre d'une distance (1,1, non nulle. La partie inférieure 21 comporte l'émetteur 23 et la partie supérieure 22 comporte de préférence l'essentiel de l'adaptateur de mode. La partie supérieure 22 est alors suspendue au-dessus de la partie inférieure 21, et est maintenue en position par une structure de maintien 50. [0068] La partie inférieure 21 repose au contact du substrat support 10, et comporte l'émetteur 23. De préférence, elle comporte une hauteur hl telle que le volume de la partie inférieure 21 est inférieure au volume de la partie supérieure 22, de manière à réduire l'impact des modes de vibration qu'elle peut supporter sur les propriétés de l'émetteur 23. De préférence, dans le cas d'un fil photonique 20 de forme générale évasée, la hauteur h1 est de préférence inférieure à la moitié de la hauteur h, et avantageusement très inférieure à la moitié de la hauteur h. Autrement dit, de préférence hl / h REVENDICATIONS[Revendication 1] Source dc photons uniques (1), comportant : un substrat support (10) comportant une couche réflectrice (12) ; un fil photonique (20), - reposant surie substrat support (10) et disposé en regard de la couche réflectrice (12), et s'étendant suivant un axe longitudinal A sensiblement orthogonal au plan du substrat support (10) ; - comportant un émetteur (23) de photons uniques ; - formant un guide d'onde monomode pour les photons uniques ; et - présentant des dimensions transversales variant longi- tudinalement en direction d'une extrémité supérieure (20.2) du fil photonique (20), de manière à former un adaptateur de mode pour un mode optique guidé ; un dispositif d'excitation optique (30) adapté à exciter l'émetteur (23) par une impulsion laser, et ainsi à provoquer l'émission spontanée de photons uniques par l'émetteur (23) ; caractérisée en ce que le fil photonique (20) est formé de deux parties coaxiales, distinctes et distantes l'une de l'autre suivant l'axe longitudinal A : - une partie inférieure (21), reposant au contact du substrat support (10), dans laquelle est disposé l'émetteur (23), - une partie supérieure (22), suspendue au-dessus de la partie inférieure (21) et couplée optiquement à celle-ci, et en ce que la source de photons uniques (1) comporte en outre une structure de maintien (50), comportant : - au moins un pilier (51) reposant au contact du substrat support (10) et. disposé de manière adjacente au fil photonique (20), et - au moins un bras de maintien (55) reliant mécaniquement la partie supérieure (22) au pilier (51) et maintenant la partie supérieure (22) suspendue au-dessus de la partie inférieure (21). 30 [Revendication 2] Source de photons uniques (1) selon la revendication 1, dans laquelle la partie inférieure (21) présente un volume inférieur à celui de la partie supérieure (22). [Revendication 3] Source de photons uniques (1) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie supérieure (22) comporte l'adaptateur de mode. [Revendication 4] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, dans laquelle la partie supérieure (22) est espacée de la partie inférieure (21) d'une distance d', comprise entre 5nm et Xe/n, où X, est la longueur d'onde des photons émis par l'émetteur et où n est l'indice de réfraction du matériau cristallin du fil photonique. [Revendication 5] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 4, dans laquelle le fil photonique (20) et le pilier (51) sont réalisés à base d'un même matériau cristallin. [Revendication 6] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, dans laquelle le pilier (51) comporte une portion intercalaire (54) en un matériau sacrificiel, disposée entre deux parties (52, 53) du pilier (51) réalisées en le matériau cristallin, cette portion intercalaire (54) étant coplanaire avec l'espacement (24) entre les parties inférieure (21) et supérieure (22) du fil photonique (20). [Revendication 7] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, dans laquelle le bras de maintien (55) est réalisé en ledit même matériau cristallin, et s'étend dans un plan parallèle au plan du substrat support (10) à partir d'une bordure latérale (20.3) de la partie supérieure (22). [Revendication 8] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, dans laquelle le bras de maintien (55) est réalisé en un matériau différent dudit matériau cristallin, et s'étend sur et au contact d'une extrémité supérieure (20.2) du fil photonique (20) opposée au substrat support (10). [Revendication 9] Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, dans laquelle le fil photonique (20) présente une forme évasée ou une forme effilée suivant une direction opposée au substrat support (10). [Revendication 10] Source de photons uniques (1) selon les revendications 8 et 9, dans lequel le fil photonique (20) présente une forme effilée, et le bras de maintien (55) présente une portion de maintien (55a) partiellement au 31 [Revendication 11] [Revendication 12] contact de la partie supérieure (22), la portion de maintien (55a) présentant une symétrie de rotation autour de l'axe longitudinal A ainsi qu'une dimension moyenne dans un plan parallèle au substrat support (10) supérieure à une valeur maximale des dimensions transversales du fil photonique (20). Source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans laquelle le fil photonique (20) est réalisé à base d'un matériau cristallin choisi parmi les composés III-V ou les composés II-VI, et dans laquelle l'émetteur (23) est formé d'au moins une boîte quantique semiconductrice. Procédé de fabrication d'une source de photons uniques (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant les étapes suivantes : réalisation d'un empilement, comportant : - un substrat support (10), comportant une couche réflectrice (12) revêtue d'une couche diélectrique (13) d'arrêt de gravure ; - une première et une deuxième sous-couches (66a, 66b), reposant au contact de la couche diélectrique (13), réalisées en un matériau cristallin dit de haut indice, entre lesquelles est située un émetteur (23), destinées à former la partie inférieure (21) ; - une couche sacrificielle (65), reposant au contact de la deuxième sous-couche (66a) ; - une deuxième couche (64), reposant au contact de la couche sacrificielle (65), et destinée à former la partie supérieure (22) ; gravure partielle de l'empilement de manière à former le pilier (51) et le fil photonique (20), une portion (54) de la couche sacrificielle (65) participant alors à définir une bordure latérale du pilier (51), et une portion (26) de la couche sacrificielle (65) participant alors à définir une bordure latérale du fil photonique (20) ; gravure sélective de la couche sacrificielle (65), de manière à supprimer la portion (54) de la couche sacrificielle (65) du fil photonique (20), et assurant ainsi la suspension de la partie supérieure (22) au-dessus de la partie inférieure (21), tout en 32 préservant au moins une partie dc la portion (54) de la couche sacrificielle (65) du pilier (51). [Revendication 13] [Revendication 14] Procédé dc fabrication selon la revendication 12, dans lequel le bras de maintien (55) est réalisé lors de l'étape dc formation du pilier (51) et du fil photonique (20), et assure la liaison mécanique entre le pilier (51) et la partie supérieure (22) du fil photonique (20). Procédé dc fabrication selon la revendication 13, dans lequel, à la suite de l'étape de formation du pilier (51) et du fil photonique (20), la partie supérieure (22) n'est pas liée mécaniquement au pilier (51), le procédé comportant les étapes suivantes : dépôt d'une couche d'encapsulation (71) recouvrant le pilier (51) et le fil photonique (20), et phmarisation de la couche d'encapsulation (71) de manière à rendre libre une extrémité supérieure (51.2) du pilier (51) et une extrémité supérieure (20.2) du fil photonique (20) ; réalisation d'un bras de maintien (55) s'étendant sur la couche d'encapsulation (71) et au contact de l'extrémité supérieure (51.2) du pilier (51) et de l'extrémité supérieure (20.2) du fil photonique (20) ; suppression de la couche d'encapsulation (71) ; gravure sélective de la couche sacrificielle (65), assurant ainsi la suspension de la partie supérieure (22) au-dessus de la partie inférieure (21).