Nouvelles fonctionnalités dans les lasers à cascade quantique PDF Download
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Author: Jean Teissier
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Languages : fr
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Book Description
Le contrôle de l'indice complexe du mode optique d'un laser à cascade quantique (LQC) est un enjeu important en spectroscopie comme en télécommunication. En effet, cela permettrait un contrôle fin de la longueur d'onde par le biais de la génération de bandes latérales pour la partie imaginaire et directement pour la partie réelle. Nous avons dans un premier temps développé un système permettant le contrôle intracavité des pertes d'un laser. L'idée est de coupler la cavité laser avec une autre contenant une région de contrôle. Cette région de contrôle est composée d'une série de deux puits couplés asymétriques dont l'énergie d'absorption est contrôlée par effet Stark intersousbande, en appliquant ainsi la tension de contrôle de façon indépendante de celle du laser. Ceci permet la modulation en amplitude en s'affranchissant des élargissements spectraux typiques de la modulation directe due aux effets thermiques, avec une puissance consommée de l'ordrer du mW. Nous avons aussi mis en évidence les relations de Kramers-Koenig dans un LQC, ainsi que démontré son fonctionnement à haute fréquence. Ce travail est issu d'une collaboration MPQ/LPN/IEF et est financé par l'ANR Metalguide.
Author: Jean Teissier
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Languages : fr
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Book Description
Le contrôle de l'indice complexe du mode optique d'un laser à cascade quantique (LQC) est un enjeu important en spectroscopie comme en télécommunication. En effet, cela permettrait un contrôle fin de la longueur d'onde par le biais de la génération de bandes latérales pour la partie imaginaire et directement pour la partie réelle. Nous avons dans un premier temps développé un système permettant le contrôle intracavité des pertes d'un laser. L'idée est de coupler la cavité laser avec une autre contenant une région de contrôle. Cette région de contrôle est composée d'une série de deux puits couplés asymétriques dont l'énergie d'absorption est contrôlée par effet Stark intersousbande, en appliquant ainsi la tension de contrôle de façon indépendante de celle du laser. Ceci permet la modulation en amplitude en s'affranchissant des élargissements spectraux typiques de la modulation directe due aux effets thermiques, avec une puissance consommée de l'ordrer du mW. Nous avons aussi mis en évidence les relations de Kramers-Koenig dans un LQC, ainsi que démontré son fonctionnement à haute fréquence. Ce travail est issu d'une collaboration MPQ/LPN/IEF et est financé par l'ANR Metalguide.
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: 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: Wilfried Maineult
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Languages : fr
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Book Description
Les lasers à cascade quantique térahertz sont des sources performantes et compactes, qui comblent le fossé dans le spectre électromagnétique entre les émetteurs optiques et micro-ondes. Dans un premier temps, ce travail a porté sur les performances de ces lasers. Le dessin de nouvelles zones actives a mis en évidence l'importance d'une injection sélective sur l'état excité de la transition laser. Une étude préliminaire introduisant une barrière d'injection sélective a été menée, permettant d'obtenir l'effet laser jusqu'à 45 K. L'étude du champ lointain des lasers munis de guides d'ondes double métal a montré la nécessité d'améliorer leur champ lointain. L'ajout d'une micro-antenne cornet, technologie issue du domaine hyperfréquence, à l'extrémité du guide d'onde a permis de démontrer une meilleure directionnalité du champ lointain et une meilleure extraction de la puissance hors de la cavité Au final une amélioration de la puissance collectée par un miroir f/1 supérieure à un facteur 20 a été constatée. Dans un second temps, de nouvelles fonctionnalités ont été ajoutées au dispositif. Un laser accordable électriquement sur une plage de 6.6% de la longueur d'onde centrale a été obtenu en intégrant deux zones actives distinctes à l'intérieur d'un dispositif muni de 3 contacts électriques. Enfin, la propagation d'ondes hyperfréquences dans des guides d'onde double métal a été étudiée jusqu'à 55 GHz, nous permettant d'estimer la bande passante de modulation électrique d'un dispositif de 1 mm de longueur à 70 GHz. Cette étude a également permis la réalisation d'une adaptation d'impédance à bande étroite et la modulation d'amplitude directe des dispositifs jusqu'à 25 GHz
Author: Olivier Cathabard
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Languages : fr
Pages : 180
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Book Description
Ce travail de thèse concerne la modélisation, la réalisation et la caractérisation de diodes lasers à cascade quantique pour des applications du moyen infrarouge dans la plage de longueur d'onde 3 μm - 5 μm. Les structures ont été conçues par ingénierie de bande à l'échelle quantique à partir du système de matériaux InAs/AlSb. Ces hétérostructures sont composées de 30 périodes de zone active, chacune constituée d'un injecteur à superréseau InAs/AlSb assurant le transport des porteurs vers des puits d'InAs où ont lieu les transitions radiatives. Ces transitions sont effectuées entre 2 niveaux électroniques et permettent d'atteindre des longueurs d'onde difficilement accessibles par des diodes à puits quantiques utilisant des recombinaisons à travers le gap du matériau des puits. La zone active est insérée entre des couches de confinement en InAs fortement dopé assurant le confinement de l'onde électromagnétique dans la zone de gain. Ce travail de thèse a porté sur la modélisation des propriétés optiques de l'InAs fortement dopé, le dessin de la zone active ainsi que sur les optimisations technologiques pour la réalisation de lasers performants émettant entre 3 et 5 μm.
Author: Federico Capasso
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ISBN: 9788822283580
Category :
Languages : en
Pages : 98
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Author: Yoann Petitjean
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Languages : fr
Pages : 163
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Book Description
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: Jean-Yves Bengloan
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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: 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.
