Dynamique ultrarapide de lasers à cascade quantique Terahertz - le graphène comme émetteur Terahertz PDF Download
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Author: Jean Maysonnave
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l'interface des domaines électronique et optique. Malgré un potentiel d'applications élevé, elle souffre d'un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur l'étude fondamentale et la réalisation de nouvelles fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant permet de mesurer le profil temporel d'un champ électrique THz et est utilisé pour explorer l'émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ) et de graphène.Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique "d'injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer le profil temporel de l'émission laser. A l'appui de cette expérience et de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est faite. Ces informations sont critiques pour la production d'impulsions courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et conduit à la génération d'impulsions courtes (durée ~ 15 ps) en régime de blocage de modes. Ces études permettent notamment d'envisager les LCQs comme sources puissantes pour la TDS. Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d'ordre 2. Cette émission résulte d'un transfert de quantité de mouvement des photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi d'explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés.
Author: Jean Maysonnave
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La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l'interface des domaines électronique et optique. Malgré un potentiel d'applications élevé, elle souffre d'un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur l'étude fondamentale et la réalisation de nouvelles fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant permet de mesurer le profil temporel d'un champ électrique THz et est utilisé pour explorer l'émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ) et de graphène.Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique "d'injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer le profil temporel de l'émission laser. A l'appui de cette expérience et de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est faite. Ces informations sont critiques pour la production d'impulsions courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et conduit à la génération d'impulsions courtes (durée ~ 15 ps) en régime de blocage de modes. Ces études permettent notamment d'envisager les LCQs comme sources puissantes pour la TDS. Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d'ordre 2. Cette émission résulte d'un transfert de quantité de mouvement des photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi d'explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés.
Author: Dan Botez
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 1108570607
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 552
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Learn how the rapidly expanding area of mid-infrared and terahertz photonics has been revolutionized in this comprehensive overview. State-of-the-art practical applications are supported by real-life examples and expert guidance. Also featuring fundamental theory enabling you to improve performance of both existing and future devices.
Author: Binbin Wei
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Languages : en
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Author: Dimitri Oustinov
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 156
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Ce travail présente une étude de lasers à cascade quantique à l'aide de la spectroscopie THz dans le domaine temporel. Cette technique expérimentale consiste en la détection de champs électriques THz permettant ainsi d’étudier des effets à la fois statiques et dynamiques dans les semiconducteurs. Les lasers à cascade quantique THz sont des structures multipuits considérées comme des dispositifs prometteurs pour combler le manque de sources dans l’infrarouge lointain. Dans l’étude statique, nous avons mesuré le spectre du gain de différents échantillons et avons pu identifier les transitions électroniques intersousbandes responsables du gain et des pertes. Nous avons aussi constaté un rétrécissement du spectre du gain dans ces lasers dont nous expliquons l’origine. Dans l’étude dynamique, nous avons effectué une commutation du gain dans un laser à cascade quantique afin d'exploiter son régime non stationnaire pour amplifier une onde THz dans un milieu présentant un gain élevé sans être limité aux pertes totales au-dessus du seuil. Un interrupteur optique de type Auston a été utilisé pour y parvenir. Finalement, un contrôle électrique du déclenchement d’un laser au-dessus du seuil nous a permis de mesurer l’émission cohérente d’un laser THz par spectroscopie dans le domaine temporel. Le contrôle de la phase du laser a été rendu possible grâce à un amorçage de ce dernier par une impulsion THz à spectre large
Author: Benjamin Malte Röben
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Languages : en
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Author: Raed Hussain S. Alhathlool
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Languages : en
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Author: Yoann Petitjean
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Category :
Languages : fr
Pages : 163
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La région du spectre électromagnétique comprise entre 300 GHz et 10 THz a longtemps été surnommée « gap Térahertz ». En effet, les sources et détecteurs dans cette gamme de fréquences étaient éparses, peu performants, coûteux et/ou encombrants jusqu'à l’invention du laser à cascade quantique (QCL pour Quantum Cascade laser). De nombreuses équipes de recherche se concentrent sur l’amélioration des performances des QCLs, notamment l'augmentation de la température de fonctionnement maximale car cette source ouvre la voie vers de nouvelles applications comme les oscillateurs locaux à très haute fréquence, l’imagerie médicale, sécuritaire ou encore les télécommunications sans fil à haut débit. Toutes ces applications requièrent une connaissance poussée des performances des QCLs modélisés et caractérisés au sein de cette thèse. Le premier chapitre expose les propriétés et les applications des ondes Térahertz évoquées précédemment ainsi qu'un état de l’art des QCLs. Le second chapitre porte sur la modélisation des QCLs. Un premier modèle est exploité afin de dégager les caractéristiques statiques et dynamiques des QCLs. Un autre modèle prenant en compte la structure en cascade des QCL est ensuite introduit, menant à une nouvelle fonction de transfert, un calcul du délai à l’allumage et une étude du bruit d’intensité relatif. Le troisième et dernier chapitre traite de la partie expérimentale de cette thèse avec la particularité et les difficultés de mesures dans le domaine Térahertz, la caractérisation statique et les moyens de caractérisation dynamique des QCLs, accompagnée de la présentation d’un testeur sous pointe cryogénique opto-micro-onde conçu dans le cadre de cette thèse.
Author: M. Houghton
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Languages : en
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Author:
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Category :
Languages : de
Pages : 107
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Author: Pierre Gellie
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Languages : en
Pages : 155
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La mise au pint de sources térahertz (THz) dont les propriétés spectrales sont contrôlées est devenu un enjeu important dans plusieurs domaines. Notamment pour des applications comme la spectroscopie de haute résolution, l'imagerie avec haut rapport signal sur bruit ou bien la détection hétérodyne de grande sensibilité. C'est dans ce contexte que se situent mes travaux de thèse. En particulier je me suis penché sur les sources laser à cascade quantique (LCQ) Thz. Dans un premier temps, j'ai montré comment, en modulant un LCQ à une fréquence proche de l'intervalle spectral libre, l'on obtient le verrouillage mutuel des modes du LCQ. Ensuite, j'ai développé une technique de verrouillage de phase du LCQ se basant sur un laser femto-seconde à 1550nm et une détection électro-optique. J'ai ainsi montré que, lorsque la boucle de verrouillage est fermée, la largeur spectrale d'un LCQ à 2.5THZ est inférieure à 1Hz. J'ai ensuite démontré, grâce à une technique optique asynchrone, que l'on peut échantillonner le champ électrique émis par un LCQ fonctionnant en régime de verrouillage de modes. J'ai ainsi pu mesurer une durée impulsion de 10ps pour un LCQ ayant 10 modes longitudinaux au-dessus du seuil, avec un pas d'échantillonnage de 2.3ps. Dans le dernier chapitre de la thèse je me suis intéressé au développement d'une cavité étendue à base d'un LCQ THz. Dans un premier temps, j'ai démontré que la réfléctivité d'une facette d'un LCQ peut être réduite à quelques pourcents en polissant celle-ci à l'angle de Brewster ou bien en déposant une couche antireflet à base de Parylène. Enfin, j'ai développé des LCQ à contre-réaction répartie, afin d'obtenir une émission monomode à haute puissance en régime continu.
