Lasers à cascade quantique à plasmons de surface et leurs applications aux cristaux photoniques PDF Download
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Author: Michaël Bahriz
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit traite des lasers à cascade quantique à plasmons de surface dans la gamme spectrale du moyen-IR et de leurs applications aux cristaux photoniques moyen-IR et THz. Pour les grandes longueurs d’onde (λ > 10μm) la lumière est confinée au sein de la région active du laser grâce à une couche de métal déposée directement à la surface de la région active. Ces guides sont appelés guide à plasmons de surface. La faible épaisseur de ces guides est un atout majeur pour la fabrication de dispositifs à cristal photonique ou DFB (Distributed Feed Back). Ce manuscrit présente une étude complète de ces guides. Il démontre de manière expérimentale et théorique qu’il est possible d’améliorer les performances de ces guides en utilisant une couche d’argent à la place de l’or habituellement utilisé. Pour approfondir cette étude, une méthode originale basée sur les guides multisections et permettant de mesurer les pertes et le gain des guides à plasmons de surface a été soigneusement étudiée à l’aide de nombreuses expériences. La deuxième partie de ce manuscrit est consacrée à l’étude théorique du réseau nid d’abeille pour la fabrication de microcavité laser pour le moyen-IR et le THz. Cette étude est réalisée grâce à des simulations bidimensionnelles à partir d’un code utilisant la méthode des ondes planes et en trois dimensions grâce à un code utilisant la méthode FDTD (Finite-Difference Time-Domain). Lors de ces études, un phénomène nouveau a été mis en évidence sur les guides métal-métal THz démontrant qu’il est possible d'implémenter un cristal photonique par la seule structuration du métal du contact supérieur.
Author: Michaël Bahriz
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 152
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Book Description
Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit traite des lasers à cascade quantique à plasmons de surface dans la gamme spectrale du moyen-IR et de leurs applications aux cristaux photoniques moyen-IR et THz. Pour les grandes longueurs d’onde (λ > 10μm) la lumière est confinée au sein de la région active du laser grâce à une couche de métal déposée directement à la surface de la région active. Ces guides sont appelés guide à plasmons de surface. La faible épaisseur de ces guides est un atout majeur pour la fabrication de dispositifs à cristal photonique ou DFB (Distributed Feed Back). Ce manuscrit présente une étude complète de ces guides. Il démontre de manière expérimentale et théorique qu’il est possible d’améliorer les performances de ces guides en utilisant une couche d’argent à la place de l’or habituellement utilisé. Pour approfondir cette étude, une méthode originale basée sur les guides multisections et permettant de mesurer les pertes et le gain des guides à plasmons de surface a été soigneusement étudiée à l’aide de nombreuses expériences. La deuxième partie de ce manuscrit est consacrée à l’étude théorique du réseau nid d’abeille pour la fabrication de microcavité laser pour le moyen-IR et le THz. Cette étude est réalisée grâce à des simulations bidimensionnelles à partir d’un code utilisant la méthode des ondes planes et en trois dimensions grâce à un code utilisant la méthode FDTD (Finite-Difference Time-Domain). Lors de ces études, un phénomène nouveau a été mis en évidence sur les guides métal-métal THz démontrant qu’il est possible d'implémenter un cristal photonique par la seule structuration du métal du contact supérieur.
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: Jérôme Faist
Publisher: Oxford University Press
ISBN: 0198528248
Category : Science
Languages : en
Pages : 321
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Book Description
This book describes the physics, fabrication technology, and applications of the quantum cascade laser.
Author: Joseph D. Bennett
Publisher: Nova Science Publishers
ISBN: 9781536103878
Category : Heterostructures
Languages : en
Pages : 0
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Book Description
Quantum cascade lasers (QCLs) are unipolar devices with lasing occurring through transitions between quantised energy levels within the conduction band. When compared to conventional lasers (e.g. gas, liquid or solid state lasers), these new optoelectronic devices present a fundamental advantage that resides in their ability to tailor the wavelength of the emitted light via the layer thickness rather than the band gap. This book discusses different types and applications of quantum cascade lasers.
Author: Claire Gmachi
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 5
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Book Description
Recent advances in quantum cascade (QC) lasers include widely tunable single-mode distributed feedback (DFB) lasers with high optical power at lamba approximately 4.6 micrometers. and single-mode DFB lasers at lamba approximately 16 micrometers based on new surface plasmons waveguides with dual-metal gratings. Single-mode and tunable QC-DFB lasers have successfully been used in many collaborations for various trace-gas sensing applications. Examples are the detection of stratospheric methane and nitrous oxide, the sub-ppbv detection of ammonia by cavity ring down spectroscopy, methane concentration and isotopic composition measurements. and the detection of complex molecules in open air by direct absorption spectroscopy. The versatility of band structure engineering enabled the design and realization of QC-lasers. which operate under both. positive and negative polarity displaying distinct characteristics in each polarity if an asymmetric structure is employed.
Author: Olivier Spitz
Publisher: Springer Nature
ISBN: 3030743071
Category : Science
Languages : en
Pages : 179
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Book Description
The mid-infrared domain is a promising optical domain because it holds two transparency atmospheric windows, as well as the fingerprint of many chemical compounds. Quantum cascade lasers (QCLs) are one of the available sources in this domain and have already been proven useful for spectroscopic applications and free-space communications. This thesis demonstrates how to implement a private free-space communication relying on mid-infrared optical chaos and this requires an accurate cartography of non-linear phenomena in quantum cascade lasers. This private transmission is made possible by the chaos synchronization of two twin QCLs. Chaos in QCLs can be generated under optical injection or external optical feedback. Depending on the parameters of the optical feedback, QCLs can exhibit several non-linear phenomena in addition to chaos. Similarities exist between QCLs and laser diodes when the chaotic dropouts are synchronized with an external modulation, and this effect is known as the entrainment phenomenon. With a cross-polarization reinjection technique, QCLs can generate all-optical square-waves. Eventually, it is possible to trigger optical extreme events in QCLs with tilted optical feedback. All these experimental results allow a better understanding of the non-linear dynamics of QCLs and will extend the potential applications of this kind of semiconductor lasers.
Author: Louise Jumpertz
Publisher: Springer
ISBN: 3319658794
Category : Science
Languages : en
Pages : 152
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Book Description
This thesis presents the first comprehensive analysis of quantum cascade laser nonlinear dynamics and includes the first observation of a temporal chaotic behavior in quantum cascade lasers. It also provides the first analysis of optical instabilities in the mid-infrared range. Mid-infrared quantum cascade lasers are unipolar semiconductor lasers, which have become widely used in applications such as gas spectroscopy, free-space communications or optical countermeasures. Applying external perturbations such as optical feedback or optical injection leads to a strong modification of the quantum cascade laser properties. Optical feedback impacts the static properties of mid-infrared Fabry–Perot and distributed feedback quantum cascade lasers, inducing power increase; threshold reduction; modification of the optical spectrum, which can become either single- or multimode; and enhanced beam quality in broad-area transverse multimode lasers. It also leads to a different dynamical behavior, and a quantum cascade laser subject to optical feedback can oscillate periodically or even become chaotic. A quantum cascade laser under external control could therefore be a source with enhanced properties for the usual mid-infrared applications, but could also address new applications such as tunable photonic oscillators, extreme events generators, chaotic Light Detection and Ranging (LIDAR), chaos-based secured communications or unpredictable countermeasures.
Author: Dan Botez
Publisher: Cambridge University Press
ISBN: 1108570607
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 552
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Book Description
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: Yannick Chassagneux
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 250
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Book Description
Situées entre l'infrarouge et les micro-ondes, les ondes dites "terahertz" (THz) ont les propriétés de passer aussi bien à travers la peau et les vêtements que les papiers, le bois, le carton ou encore le plastique. Autant d'atouts qui permettent d'envisager de multiples applications dans les secteurs de l'imagerie médicale, de la spectroscopie, de la sécurité et de l'environnement. D'où l'intérêt que suscitent les lasers à cascade quantique terahertz, une récente famille de lasers semi-conducteurs qui émettent à des fréquences de l'ordre du terahertz. Pourtant, s'ils sont aujourd'hui les seules sources compactes fonctionnant dans cette gamme de fréquences, ils présentent deux inconvénients: Premièrement, ils ne fonctionnent qu'à des températures cryogéniques. En vue d'une augmentation future de la température maximale de fonctionnement (Tmax), nous avons développé une étude comparative en fonction de la fréquence d'émission, ce qui a permis de déterminer les mécanismes principaux limitant la Tmax (courant parasite ainsi que l'émission de phonons optiques longitudinaux activés thermiquement). Deuxièmement, afin d'obtenir les meilleures Tmax, l'utilisation d'un guide métal-métal est nécessaire. Néanmoins, dans un tel guide, l'émission obtenue est fortement divergente, ce qui s'avère rédhibitoire pour une utilisation généralisée. Pour résoudre ce point, nous avons intégrés des cristaux photoniques bidimensionnels définis uniquement par la géométrie du métal supérieur, ce qui a permis l'obtention d'une émission directive par la surface, spectralement mono-mode, tout en maintenant des températures de fonctionnement assez élevées.
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.
