Etude du confinement optique dans les lasers à cascade quantique et applications à la détection PDF Download
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Author: Virginie Moreau
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
Depuis 1994, les lasers à cascade quantique se sont imposés comme la source laser à semiconducteur de choix dans le domaine du moyen et du lointain infrarouge. Comme la plupart des molécules chimiques possèdent des bandes d’absorption entre les niveaux de rotation-vibration qui se situent dans le moyen infrarouge, les lasers à cascade quantique sont particulièrement adaptés aux applications telles que la spectroscopie, la détection de gaz à l’état de traces ou l’imagerie médicale. Une des voies de recherche actives est aujourd’hui leur optimisation en vue de leur miniaturisation et de leur intégration dans des microsystèmes de détection. Ce travail de thèse présente l’étude et l’optimisation du confinement optique vertical dans des hétérostructures lasers à cascade quantique épitaxiées sans couche de confinement supérieure. Ces structures sont intéressantes puisqu’elles sont adaptées à la fois au guide à plasmons de surface et au guide avec un confinement par air. En menant une étude approfondie de la répartition du mode optique et du courant électrique, nous avons conçu des structures originales qui ouvrent notamment de nouvelles perspectives sur l’utilisation de ces lasers pour la détection de fluides. Nous avons également montré que l’observation par microscopie en champ proche est un outil précieux pour la caractérisation et la compréhension des lasers à cascade quantique. Finalement, nous posons les bases nécessaires à la réalisation de matrices de lasers monomodes, utilisant la technologie des cristaux photoniques
Author: Virginie Moreau
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Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
Depuis 1994, les lasers à cascade quantique se sont imposés comme la source laser à semiconducteur de choix dans le domaine du moyen et du lointain infrarouge. Comme la plupart des molécules chimiques possèdent des bandes d’absorption entre les niveaux de rotation-vibration qui se situent dans le moyen infrarouge, les lasers à cascade quantique sont particulièrement adaptés aux applications telles que la spectroscopie, la détection de gaz à l’état de traces ou l’imagerie médicale. Une des voies de recherche actives est aujourd’hui leur optimisation en vue de leur miniaturisation et de leur intégration dans des microsystèmes de détection. Ce travail de thèse présente l’étude et l’optimisation du confinement optique vertical dans des hétérostructures lasers à cascade quantique épitaxiées sans couche de confinement supérieure. Ces structures sont intéressantes puisqu’elles sont adaptées à la fois au guide à plasmons de surface et au guide avec un confinement par air. En menant une étude approfondie de la répartition du mode optique et du courant électrique, nous avons conçu des structures originales qui ouvrent notamment de nouvelles perspectives sur l’utilisation de ces lasers pour la détection de fluides. Nous avons également montré que l’observation par microscopie en champ proche est un outil précieux pour la caractérisation et la compréhension des lasers à cascade quantique. Finalement, nous posons les bases nécessaires à la réalisation de matrices de lasers monomodes, utilisant la technologie des cristaux photoniques
Author: Jean-Yves Bengloan
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Category :
Languages : en
Pages : 210
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Book Description
Room temperature continuous-wave (CW) operation is the crucial milestone that promotes a semiconductor laser from an object of research to a device for the world of technology. To achieve this, it is important to increase the maximum CW operating temperature, and to decrease the electrical injected power. The work presented in this thesis investigates these two points to enhance the performance of quantum cascade lasers (QCLs) emitting at lambda~9μm.Waveguide optimisation has been performed on GaAs-based QCLs, to reduce their threshold current and to improve their efficiency. Owing to waveguides with AlGaAs or GaInP cladding layers, new record performances have been obtained for these type of lasers.Selective current injection, realised by proton implantation, is used on GaAs-based QCLs to reduce their operating current and to improve their thermal properties. This technology has been experimented on InP-based QCLs.The benefit of a thick electroplated gold layer, deposit on the top of the ridge devices to improve the heat dissipation, has been also studied. The performances of the two QCLs materials are compared and their future development perspectives are discussed.
Author: Nicolas Péré-Laperne
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Category :
Languages : fr
Pages : 163
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Le travail de thèse a porté de façon générale sur l'étude des transitions dans les hétérostructures à cascade. Deux types de structures ont été étudiés, le laser émettant dans la gamme des THz et le détecteur moyen infrarouge. Cette étude a été menée en champ magnétique appliqué perpendiculairement ou parallèlement aux couches des hétérostructures. Dans la première configuration, nous avons observé des oscillations de courant dans les deux types de structures associées dans le cas des lasers à des oscillations de puissance lumineuse ainsi que de courant seuil. Ces oscillations sont la signature de différents processus de relaxation élastiques et inélastiques. Par la quantification de Landau, les temps de vie des électrons sur les niveaux mis en jeu dans les transitions sont modifiés menant à une modulation du courant et de la puissance laser en fonction du champ magnétique. Un modèle a été développé pour en comprendre l'origine. Ce faisant les processus dominants limitant le fonctionnement des lasers ont été mis à jour. Dans le cas des détecteurs, le champ magnétique nous a permis d'étudier toutes les origines du courant d'obscurité et de mettre en exergue les facteurs limitant leur fonctionnement. Un modèle décrivant le transport dans ces structures a été élaboré à partir de cette étude. Enfin, dans la seconde configuration, en champ magnétique appliqué de façon parallèle aux couches des lasers à cascade, nous avons pu mettre en évidence un déplacement relatif des sousbandes de la transition radiative.
Author: Jun Yao
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Languages : fr
Pages : 159
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LES LASERS TRANSMETTEURS SONT DES COMPOSANTS CLES DANS LES SYSTEMES DE COMMUNICATIONS OPTIQUES. GRACE A LEURS PERFORMANCES SUPERIEURES, LES LASERS SEMI-CONDUCTEURS A PUIS QUANTIQUES SONT PARTICULIEREMENT INTERESSANTS POUR LES SYSTEMES DE COMMUNICATIONS OPTIQUES A HAUTS DEBITS. CETTE THESE CONTRIBUE A L'ETUDE DU FONCTIONNEMENT ET A L'OPTIMISATION STRUCTURALE DES LASERS A PUITS QUANTIQUES, AINSI QU'A LA RECHERCHE D'UNE NOUVELLE VOIE PERMETTANT D'AMELIORER LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DE CES STRUCTURES. DANS UNE HETEROSTRUCTURE A PUITS QUANTIQUES, LA QUANTIFICATION EN ENERGIE DES PORTEURS DANS LA DIRECTION DE CROISSANCE CONDUIT A UNE FAIBLE VALEUR ET UNE FORME EN ESCALIER DE LA DENSITE D'ETATS DE PORTEURS EN FONCTION DE L'ENERGIE. CECI PERMET AUX HETEROSTRUCTURES A PUITS QUANTIQUES D'AVOIR UN GAIN OPTIQUE ET UN GAIN DIFFERENTIEL PLUS IMPORTANTS ET UN FACTEUR DE COUPLAGE PHASE-AMPLITUDE PLUS FAIBLE QUE LES HETEROSTRUCTURES CONVENTIONNELLES. CECI CONDUIT AUSSI A DES NON-LINEARITES DE GAIN PLUS IMPORTANTES DUES AU SPECTRAL-HOLE-BURNING DANS LES HETEROSTRUCTURES A PUITS QUANTIQUES. DU FAIT DU GAIN IMPORTANT, LE COURANT DE SEUIL DANS LES LASERS A PUITS QUANTIQUES EST TRES FAIBLE ET DEPEND FORTEMENT DE LA STRUCTURE DU LASER. UNE METHODE D'OPTIMISATION STRUCTURALE DES LASERS A PUITS QUANTIQUES MULTIPLES EST PROPOSEE AFIN DE MINIMISER LE COURANT DE SEUIL. MALGRE DES NON-LINEARITES DE GAIN PLUS IMPORTANTES, LA FAIBLE VALEUR DU FACTEUR DE COUPLAGE PHASE-AMPLITUDE DANS LES LASERS A PUITS QUANTIQUES LEUR PERMET D'AVOIR UNE LARGEUR SPECTRALE PLUS FAIBLE QUE CELLE DES LASERS CONVENTIONNELS. LES EFFETS DES NON-LINEARITES OPTIQUES ET DE CAPTURE DES PORTEURS SUR LA DYNAMIQUE DES LASERS A PUITS QUANTIQUES A COUCHES DE CONFINEMENTS SEPAREES SONT ETUDIES. LES NON-LINEARITES DE GAIN PLUS IMPORTANTES DANS LES LASERS A PUITS QUANTIQUES CONDUISENT A UN RETRAIT DE LEURS PERFORMANCES DYNAMIQUES. LE PROCESSUS DE CAPTURE QUANTIQUE DES PORTEURS ENTRAINE UNE REDUCTION DU GAIN DIFFERENTIEL EFFECTIF ET UNE AUGMENTATION LEGERE DES NON-LINEARITES EFFECTIVES DE GAIN. IL EST MONTRE QUE, MALGRE CECI, LE GAIN DIFFERENTIEL RESTE TOUJOURS PLUS IMPORTANT DANS LES LASERS A PUITS QUANTIQUES ET PERMET UNE BANDE PASSANTE DE MODULATION MAXIMUM INTRINSEQUE TRES ELEVEE. CEPENDANT, LA BANDE PASSANTE DE MODULTATION REELLE EST LIMITEE PAR LE PROCESSUS DE DIFFUSION DES PORTEURS DANS LES COUCHES DE CONFINEMENT OPTIQUE. EN TENANT COMPTE DE TOUS CES EFFETS, UNE METHODE D'OPTIMISATION STRUCTURALE DES LASERS A PUITS QUANTIQUES MULTIPLES A COUCHES DE CONFINEMENTS SEPAREES EST PROPOSEE AFIN D'AMELIORER LEUR BANDE PASSANTE DE MODULATION. L'ETUDE DU FONCTIONNEMENT DES LASERS A PUITS QUANTIQUE UNIQUE SUR LE DEUXIEME NIVEAU D'ENERGIE MET EN EVIDENCE DES PERFORMANCES DYNAMIQUES SUPERIEURES PAR RAPPORT AU FONCTIONNEMENT SUR LE PREMIER NIVEAU. L'UTILISATION DES LASERS A PUITS QUANTIQUE UNIQUE OPERANT SUR LE SECOND NIVEAU D'ENERGIE EST DONC PROPOSEE COMME UNE METHODE PERMETTANT D'AMELIORER LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DE CETTE STRUCTURE. DE NOUVELLES EQUATIONS DE BLOCH GENERALISEES POUR LES SEMI-CONDUCTEURS SONT PROPOSEES A LA FIN DE CE TRAVAIL. ELLES PERMETTENT D'ETUDIER DES PROCESSUS RAPIDES DANS LES SEMI-CONDUCTEURS.
Author: Ezzedine Ouerghemmi
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Languages : fr
Pages : 198
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Book Description
Cette thèse concerne l'étude théorique et expérimentale des limitations de la puissance de sortie des lasers à cascade quantique (LCQ). Nous y exposons une modélisation globale de leurs propriétés électro-optiques. Le fonctionnement du laser est décrit en incluant la structure électronique, les mécanismes de diffusion responsables des transitions non radiatives des électrons et le couplage électron- photon de la cavité. Ce modèle nous a permis de reproduire avec succès l'ensemble des caractéristiques (courant et puissance optique en fonction de la tension appliquée) d'un LCQ sur un large domaine de température de fonctionnement. Dans un premier temps, ce modèle a été utilisé pour le calcul de la température électronique dans les LCQ. Il en ressort que la diffusion par des phonons-LO est le seul mécanisme avec lequel le gaz d'électrons peut transférer son énergie vers le réseau. Les mécanismes élastiques de diffusion sont des sources d'énergie pour le gaz d'électrons. Deux paramètres physiques permettent de décrire complètement le comportement de la température électronique dans le composant : la résistance thermique électronique de l'hétérostructure et le coefficient de couplage courant température électronique. Ensuite, l'étude du couplage des électrons avec les photons de la cavité montre que ce couplage peut modifier notablement la distribution électronique sur les niveaux énergétiques. Le gain de la zone active du laser diminue avec la densité de photons. Cet effet appelé saturation de gain joue un rôle important sur les performances des LCQ. La minimisation de cet effet peut augmenter la puissance maximale de sortie du laser d'un facteur deux. Cette étude nous a permis de proposer de nouveaux dessins de zone active ayant des performances améliorées. La fabrication de certaines de ces structures a permis de valider l'approche que nous avons suivie pour améliorer les performances de ce type de laser.
Author: Claude Cohen-Tannoudji
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 3527345558
Category : Science
Languages : en
Pages : 790
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Book Description
This new, third volume of Cohen-Tannoudji's groundbreaking textbook covers advanced topics of quantum mechanics such as uncorrelated and correlated identical particles, the quantum theory of the electromagnetic field, absorption, emission and scattering of photons by atoms, and quantum entanglement. Written in a didactically unrivalled manner, the textbook explains the fundamental concepts in seven chapters which are elaborated in accompanying complements that provide more detailed discussions, examples and applications. * Completing the success story: the third and final volume of the quantum mechanics textbook written by 1997 Nobel laureate Claude Cohen-Tannoudji and his colleagues Bernard Diu and Franck Laloë * As easily comprehensible as possible: all steps of the physical background and its mathematical representation are spelled out explicitly * Comprehensive: in addition to the fundamentals themselves, the books comes with a wealth of elaborately explained examples and applications Claude Cohen-Tannoudji was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris where he also studied and received his PhD in 1962. In 1973 he became Professor of atomic and molecular physics at the Collège des France. His main research interests were optical pumping, quantum optics and atom-photon interactions. In 1997, Claude Cohen-Tannoudji, together with Steven Chu and William D. Phillips, was awarded the Nobel Prize in Physics for his research on laser cooling and trapping of neutral atoms. Bernard Diu was Professor at the Denis Diderot University (Paris VII). He was engaged in research at the Laboratory of Theoretical Physics and High Energy where his focus was on strong interactions physics and statistical mechanics. Franck Laloë was a researcher at the Kastler-Brossel laboratory of the Ecole Normale Supérieure in Paris. His first assignment was with the University of Paris VI before he was appointed to the CNRS, the French National Research Center. His research was focused on optical pumping, statistical mechanics of quantum gases, musical acoustics and the foundations of quantum mechanics.
Author: Ahmed Belasri
Publisher: Springer Nature
ISBN: 9811554447
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 659
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Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: OECD
Publisher: OECD Publishing
ISBN: 9264545190
Category :
Languages : en
Pages : 152
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Book Description
The artificial intelligence (AI) landscape has evolved significantly from 1950 when Alan Turing first posed the question of whether machines can think. Today, AI is transforming societies and economies. It promises to generate productivity gains, improve well-being and help address global challenges, such as climate change, resource scarcity and health crises.
Author: Stefano Boccaletti
Publisher: A I P Press
ISBN:
Category : Mathematics
Languages : en
Pages : 384
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Book Description
The 8th Experimental Chaos Conference again demonstrated the broad spectrum of areas where nonlinear dynamics plays an important role, such as circuits, hydrodynamics, optics, chemistry, fracture dynamics, neuroscience, and cognitive science. Additional contributions outline the trends for development and application of concepts and techniques of nonlinear dynamics.
Author: Sébastien Forget
Publisher: Springer
ISBN: 3642367054
Category : Science
Languages : en
Pages : 179
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Book Description
Organic lasers are broadly tunable coherent sources, potentially compact, convenient and manufactured at low-costs. Appeared in the mid 60’s as solid-state alternatives for liquid dye lasers, they recently gained a new dimension after the demonstration of organic semiconductor lasers in the 90's. More recently, new perspectives appeared at the nanoscale, with organic polariton and surface plasmon lasers. After a brief reminder to laser physics, a first chapter exposes what makes organic solid-state organic lasers specific. The laser architectures used in organic lasers are then reviewed, with a state-of-the-art review of the performances of devices with regard to output power, threshold, lifetime, beam quality etc. A survey of the recent trends in the field is given, highlighting the latest developments with a special focus on the challenges remaining for achieving direct electrical pumping of organic semiconductor lasers. A last chapter covers the applications of organic solid-state lasers.
