Étude et réalisation d'un laser à semiconducteur compact de type à pompage électronique (par micropointes) émettant dans le visible (bleu) PDF Download
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Author: Denis Hervé
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Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
L'ETUDE D'UN LASER A SEMICONDUCTEUR DE TYPE A POMPAGE ELECTRONIQUE EST PRESENTEE. LE BUT DE CE TRAVAIL EST LA REALISATION D'UN LASER COMPACT EMETTANT DANS LE VISIBLE (BLEU). DEUX ASPECTS DISTINCTS ONT ETE CONSIDERES. 1 LE POMPAGE ELECTRONIQUE DU LASER AINSI QUE LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT. LE FAISCEAU D'ELECTRONS PERMETTANT LE POMPAGE DU LASER EST OBTENU A PARTIR D'UNE CATHODE COMPORTANT DES MICROPOINTES. CE COMPOSANT EST UNE SOURCE D'ELECTRONS FROIDE, UTILISANT LE PRINCIPE DE L'EMISSION PAR EFFET DE CHAMP, REALISE GRACE AUX PROCEDES DE LA MICROELECTRONIQUE CONVENTIONNELLES ET DEJA UTILISE DANS LA FABRICATION D'ECRANS PLATS. LES TRAVAUX PRESENTES RELATENT L'ETUDE DES CARACTERISTIQUES DE CES SOURCES ET DE LEUR INTERET DANS LE CADRE DE CE PROJET. LA FOCALISATION DU FAISCEAU D'ELECTRONS EST DECRITES DANS PLUSIEURS CAS DE FIGURE, ET LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT SCELLE SOUS VIDE STATIQUE FONCTIONNANT EN MODE CATHODOLUMINESCENT EST RAPPORTEE. 2 LASER SEMICONDUCTEUR II-VI A GRAND GAP PERMETTANT L'EMISSION LUMINEUSE DANS LE VISIBLE. LES HETEROSTRUCTURES LASER DOIVENT ETRE SPECIALEMENT ADAPTEES AU POMPAGE ELECTRONIQUE A CAUSE DE LA RELATIVEMENT FAIBLE PROFONDEUR DE PENETRATION DES ELECTRONS POUR LES ENERGIES CONSIDEREES. LA DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS EST DONNEES DANS UN PREMIER TEMPS. IL APPARAIT QUE POUR NOTRE APPLICATION, LES STRUCTURES LASER DOIVENT ETRE DE TYPE GRINSCH (HETEROSTRUCTURE A GRADIENT DE COMPOSITION ET A SEPARATION DES CONFINEMENTS) A PUITS QUANTIQUES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LES RESULTATS DE CARACTERISATION DES MATERIAUX LASER, PAR LES TECHNIQUES DE CATHODOLUMINESCENCE, DE MICROSCOPIE, DE SPECTROSCOPIE DE MASSE DES IONS SECONDAIRES (SIMS) ET DE POMPAGE ELECTRONIQUE SONT DONNES. L'EVOLUTION DES SEUILS EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET LES PROBLEMES DE DUREE DE VIE EN FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS SONT PLUS PARTICULIEREMENT TRAITES. CES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX DES DIODES LASER II-VI ACTUELLES
Author: Denis Hervé
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Pages : 184
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L'ETUDE D'UN LASER A SEMICONDUCTEUR DE TYPE A POMPAGE ELECTRONIQUE EST PRESENTEE. LE BUT DE CE TRAVAIL EST LA REALISATION D'UN LASER COMPACT EMETTANT DANS LE VISIBLE (BLEU). DEUX ASPECTS DISTINCTS ONT ETE CONSIDERES. 1 LE POMPAGE ELECTRONIQUE DU LASER AINSI QUE LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT. LE FAISCEAU D'ELECTRONS PERMETTANT LE POMPAGE DU LASER EST OBTENU A PARTIR D'UNE CATHODE COMPORTANT DES MICROPOINTES. CE COMPOSANT EST UNE SOURCE D'ELECTRONS FROIDE, UTILISANT LE PRINCIPE DE L'EMISSION PAR EFFET DE CHAMP, REALISE GRACE AUX PROCEDES DE LA MICROELECTRONIQUE CONVENTIONNELLES ET DEJA UTILISE DANS LA FABRICATION D'ECRANS PLATS. LES TRAVAUX PRESENTES RELATENT L'ETUDE DES CARACTERISTIQUES DE CES SOURCES ET DE LEUR INTERET DANS LE CADRE DE CE PROJET. LA FOCALISATION DU FAISCEAU D'ELECTRONS EST DECRITES DANS PLUSIEURS CAS DE FIGURE, ET LA REALISATION D'UN DISPOSITIF COMPACT SCELLE SOUS VIDE STATIQUE FONCTIONNANT EN MODE CATHODOLUMINESCENT EST RAPPORTEE. 2 LASER SEMICONDUCTEUR II-VI A GRAND GAP PERMETTANT L'EMISSION LUMINEUSE DANS LE VISIBLE. LES HETEROSTRUCTURES LASER DOIVENT ETRE SPECIALEMENT ADAPTEES AU POMPAGE ELECTRONIQUE A CAUSE DE LA RELATIVEMENT FAIBLE PROFONDEUR DE PENETRATION DES ELECTRONS POUR LES ENERGIES CONSIDEREES. LA DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS EST DONNEES DANS UN PREMIER TEMPS. IL APPARAIT QUE POUR NOTRE APPLICATION, LES STRUCTURES LASER DOIVENT ETRE DE TYPE GRINSCH (HETEROSTRUCTURE A GRADIENT DE COMPOSITION ET A SEPARATION DES CONFINEMENTS) A PUITS QUANTIQUES. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LES RESULTATS DE CARACTERISATION DES MATERIAUX LASER, PAR LES TECHNIQUES DE CATHODOLUMINESCENCE, DE MICROSCOPIE, DE SPECTROSCOPIE DE MASSE DES IONS SECONDAIRES (SIMS) ET DE POMPAGE ELECTRONIQUE SONT DONNES. L'EVOLUTION DES SEUILS EN FONCTION DE LA TEMPERATURE ET LES PROBLEMES DE DUREE DE VIE EN FONCTIONNEMENT DES LASERS SEMICONDUCTEURS SONT PLUS PARTICULIEREMENT TRAITES. CES RESULTATS SONT COMPARES A CEUX DES DIODES LASER II-VI ACTUELLES
Author: Fabrice Enjalbert
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Languages : fr
Pages : 215
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Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d’un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nmæ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grillecathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.
Author: Julien Barjon
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Languages : fr
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Ce mémoire présente les premiers résultats d'une étude visant la réalisation d'un laser UV continu, compact, de faible puissance (1̃0mW) dans la gamme de longueur d'onde 250-350nm. Dans ce dispositif, la structure laser à émission latérale est à base de nanostructures (puits ou boîtes quantiques) de semiconducteurs nitrures (Al,Ga)N. Le pompage est assuré par des électrons énergétiques (1̃0keV) émis par des cathodes à micropointes. L'étude séparée des éléments du laser a permis de déterminer les capacités et les limites actuelles des technologies utilisées. Le développement d'un canon à électrons miniature a bénéficié de l'étude d'un procédé de focalisation magnétique simple à base d'aimants permanents, et de matrices de micropointes adaptées à l'émission de forts courants (Ã.cm-2) dans un cône d'émission réduit. L'ensemble du dispositif de pompage a permis d'atteindre une densité de puissance de 12kW.cm-2 à 10kV sur la puce laser. Des hétérostructures laser à confinements séparés pour les porteurs et la lumière ont été réalisées en épitaxie par jets moléculaires à source plasma radiofréquence sur des substrats de SiC. L'effet laser a été obtenu à la température ambiante à 331nm à partir de boîtes quantiques GaN/AlxGa1-xN. Une étude expérimentale a permis d'attribuer l'origine des seuils encore trop élevés pour le pompage par micropointes, aux fortes pertes optiques internes des guides ternaires AlxGa1-xN/AlyGa1-yN (200cm-1). Un ensemble de procédés technologiques (gravure, clivage, polissage, miroirs diélectriques Hf02/SiO2) a été développé pour permettre la réalisation de cavités optiques à faibles pertes, adaptées au laser à boîtes quantiques.
Author: Fabrice Enjalbert
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Le travail présenté dans ce rapport a pour objectif d'étudier la faisabilité d’un laser à semi-conducteurs III-nitrures pompé par cathode à micropointes émettant dans l'UV lointain (250350 nm). La structure laser, élaborée en EJM, est une hétérostructure à confinement séparé dont la zone active est constituée de puits (ou boîtes) quantiques de GaN dans une barrière d'AlxGa1-xN. Elle est pompée par un faisceau d'électrons énergétiques (~10 keV) générés par une cathode à micropointes. Le faisceau électronique converge sur la structure laser grâce à des aimants permanents qui impriment aux électrons un mouvement cyclotron. Cette étude a mis en évidence deux verrous technologiques dans la réalisation de ce laser. Premièrement, le seuil laser est très élevé (~10 MW/cm 2 en pompage optique). En effet, la qualité des alliages AlxGa1-xN constituant la barrière est insuffisante, ce qui se traduit par un faible transfert des porteurs vers les puits quantiques. Des mesures de cathodoluminescence ont été couplées à des simulations pour étudier la diffusion ambipolaire dans les hétérostructures. La longueur de diffusion varie sur trois ordres de grandeur (~nmæ m) selon la couche étudiée. Elle est la plus faible dans la barrière d'Al0.1Ga0.9N. L'utilisation de substrats de SiC face carbone a permis d'améliorer la qualité des échantillons. Deuxièmement, le courant émis par les micropointes (~A/cm 2 ) est insuffisant pour atteindre le seuil laser. Un dispositif de dépôt de césium sur les micropointes a été mis au point afin de réduire le travail de sortie des électrons. On a ainsi pu multiplier le courant émis par un facteur 50 pour une tension grillecathode de 70 V mais le dépôt de césium est inhomogène et instable.
Author: FREDERIC.. NAUDAN
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Languages : fr
Pages : 238
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LES LASERS A SEMI-CONDUCTEUR ONT CONNU UN DEVELOPPEMENT SPECTACULAIRE AU COURS DES CINQ DERNIERES ANNEES. UNE TECHNOLOGIE EST PARTICULIEREMENT DEVELOPPEE: ASGAAL A LA LONGUEUR D'ONDE 800NM POUR LE POMPAGE OPTIQUE DES LASERS SOLIDES. CETTE APPLICATION A MOTIVE LE DEVELOPPEMENT DES LASERS SEMI-CONDUCTEUR A CAVITE LARGE (RUBAN LARGE ET MULTI-RUBAN) DELIVRANT DE FORTES PUISSANCES (LE WATT CW). LES TECHNIQUES DE FABRICATION PERMETTANT D'ACCROITRE LA PUISSANCE DE CES SOURCES SACRIFIENT NEANMOINS LEUR PURETE SPATIALE ET SPECTRALE. EN EFFET, UN INCONVENIENT DES LASERS A CAVITE LARGE EST LEUR FAIBLE COHERENCE SPATIALE SE TRADUISANT NOTAMMENT PAR UNE EMISSION MULTIMODE DE DIVERGENCE ANGULAIRE IMPORTANTE. IL EST DONC NECESSAIRE D'ENVISAGER DES METHODES DE MISE EN FORME SPATIALE DES FAISCEAUX LASERS. PLUS GENERALEMENT, POUR LES SOURCES MULTI-LASER, LE CONCEPT DE MISE EN PHASE DE DIODES LASERS A VU LE JOUR POUR GARANTIR UNE EMISSION LASER DE PUISSANCE ELEVEE, UNE GRANDE QUALITE DE FAISCEAU AINSI QU'UN CONTROLE ANGULAIRE EVENTUEL. DANS CE CONTEXTE, L'OBJET DU TRAVAIL EXPERIMENTAL EST LA MISE EN UVRE DE TECHNIQUES ORIGINALES POUR REDUIRE LA DIVERGENCE ET LA LARGEUR SPECTRALE DES DIODES LASER. LA PREMIERE PARTIE DE L'ETUDE EST CONSACREE A L'ANALYSE SPATIALE ET SPECTRALE DES LASERS A SEMI-CONDUCTEUR DE PUISSANCE. LE FACTEUR M#2 EST INTRODUIT COMME CRITERE QUANTITATIF DE QUALITE D'UN FAISCEAU LASER MULTIMODE. L'ANALYSE FINE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE DES MODES LATERAUX DES LASERS A CAVITE LARGE EST PROPOSEE. LA SECONDE PARTIE PRESENTE L'UTILISATION D'UNE CAVITE EXTERNE FERMEE PAR UN MIROIR PLAN OU UN RESEAU DE DIFFRACTION PERMETTANT DE FORCER L'OSCILLATION LASER SUR UN MODE LATERAL UNIQUE. NOUS ETENDONS CETTE TECHNIQUE A UNE MATRICE BIDIMENSIONNELLE DE LASERS, AFIN D'OBSERVER L'AUGMENTATION DE LA COHERENCE GLOBALE DE CETTE SOURCE. LA DERNIERE PARTIE PRESENTE UNE METHODE ORIGINALE DE FILTRAGE MODAL EN CAVITE EXTERNE FERMEE PAR UN MIROIR A CONJUGAISON DE PHASE REALISE DANS UN CRISTAL PHOTOREFRACTIF DE TITANATE DE BARYUM. CE DISPOSITIF AUTO-ADAPTATIF CONDUIT EGALEMENT A UNE EMISSION UNIMODALE POUR LE LASER A CAVITE LARGE ET A UN ACCROISSEMENT DE SA LUMINANCE D'UN FACTEUR 4,5. FINALEMENT, IL EST POSSIBLE DE REALISER DES SOURCES LASER A SEMI-CONDUCTEUR DE TYPE MOPA AVEC DOUBLE PASSAGE DANS LE MILIEU AMPLIFICATEUR ET REFLEXION SUR LE MIROIR A CONJUGAISON DE PHASE. CES SOURCES SONT A LA FOIS PUISSANTES, COHERENTES ET LIMITEES PAR DIFFRACTION
Author: François Girardin (électronique et communication).)
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CE TRAVAIL PORTE PRINCIPALEMENT SUR UNE ETUDE EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT DES LASERS A SEMI-CONDUCTEURS. IL A ETE INITIALEMENT MOTIVE PAR LA VOLONTE D'OPTIMISER ET DE CARACTERISER UNE NOUVELLE STRUCTURE DE LASERS DE TYPE DFB, LES LASERS A COEFFICIENT DE COUPLAGE VARIABLE, DEVELOPPES DANS LE BUT D'OBTENIR DES LASERS MONOMODES EMETTANT DE FORTES PUISSANCES. LA CONNAISSANCE ET LA MAITRISE DES EFFETS PHYSIQUES IMPLIQUES DANS LE FONCTIONNEMENT DES LASERS A SEMI-CONDUCTEURS PASSE PAR UNE CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES COMPOSANTS. CELLE-CI PEUT ETRE REALISEE SUR LES CARACTERISTIQUES EXTERNES OU PAR UNE OBSERVATION INTERNE, ET DONC PLUS DIRECTE, DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT. EN PARTICULIER, LA MESURE DE LA DENSITE DE PORTEURS LOCALE NOUS A PERMIS DE QUANTIFIER LES NON-UNIFORMITES PRESENTES DANS LES LASERS DFB A SAUT DE PHASE. D'AUTRE PART, L'ETUDE DU SPECTRE DE L'EMISSION SPONTANEE DONNE DES INFORMATIONS SUR LES ORIGINES DE LA SUPPRESSION DE GAIN. NOUS AVONS PU METTRE EN EVIDENCE LA PRESENCE D'UN ECHAUFFEMENT DES PORTEURS IMPORTANT DANS DES STRUCTURES A PUITS QUANTIQUES CONTRAINTS PAR CETTE METHODE. PARALLELEMENT, LE DEVELOPPEMENT D'UN MODELE DE LASERS DFB A ETE POURSUIVI. CELUI-CI NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'INFLUENCE DU RESEAU A COEFFICIENT DE COUPLAGE VARIABLE SUR LA VARIATION DE L'INDICE EFFECTIF DU MODE OPTIQUE. LE FONCTIONNEMENT DU LASER EST FORTEMENT PERTURBE PAR CETTE VARIATION. LES DISTRIBUTIONS DE PORTEURS ET DE PUISSANCE OPTIQUE SONT EGALEMENT CALCULEES ET COMPAREES AUX MESURES.
Author: Clémentine Symonds
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Languages : fr
Pages : 240
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Les OP-VECSELs (Optically Pumped Vertical External Cavity Semiconductor Lasers) sont des sources permettant d'obtenir des faisceaux circulaires de bonne qualité et de puissance élevée. De plus, la cavité externe permet d'envisager la réalisation de sources impulsionnelles par l'insertion d'un miroir à absorbant saturable (SESAM) dans la cavité et la mise en place d'un régime de blocage de modes passif. Ce travail de thèse a porté sur la réalisation et l'étude des OP-VECSEL, des SESAMs et des cavités optiques adaptés à la réalisation d'une source impulsionnelle à l,55 [mu]m. Le cœur de ce travail de thèse a consisté en la conception, la caractérisation, et l'obtention du fonctionnement laser en continu d'OP-VECSELs réalisés monolithiquement sur InP. La principale difficulté pour l'obtention de l'effet laser en continu a été la gestion de l'échauffement, particulièrement important lors du pompage optique des matériaux à l'accord de maille sur InP. L'effet laser à 1,55 [mu]m en pompage continu à température ambiante a cependant été obtenu, avec un seuil de 6 kW/cm^2, et une puissance de sortie de 4 mW à OʿC. Ce résultat est une première pour une structure OP- VECSEL monolithique sur InP émettant à 1,55 [mu]m. La réalisation d'une source impulsionnelle nécessite l'amélioration des propriétés thermiques des OP-VECSELs, et nous proposons de nouvelles structures satisfaisant à cette contrainte. La génération d'impulsions brèves à haut débit nécessite l'accélération de la dynamique de fonctionnement des SESAMs. Pour ce faire, nous proposons une méthode originale, consistant à placer le puits quantique jouant le rôle d'absorbant saturable très près de la surface du composant, pour bénéficier des recombinaisons rapides des porteurs sur les états de surface. Nous proposons également des configurations de cavités optiques compactes adaptées à l'obtention d'impulsions à un débit supérieur à 2 GHz.
Author: Kédro Diomandé
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Languages : fr
Pages : 153
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AMELIORATION DE LA PURETE SPECTRALE D'UN LASER A SEMICONDUCTEUR EMETTANT A 1,5 MU PAR ADJONCTION D'UNE CAVITE PASSIVE A LA CAVITE DE LA DIODE. LARGEUR DE RAIE INFERIEURE A 20 KHZ. LASER ACCORDABLE SUR PLUSIEURS DIZAINES DE NANOMETRES. - THEORIE DU LASER A CAVITE ETENDUE. METHODES DE MESURE DE LA LARGEUR DE RAIE DES LASERS A SEMICONDUCTEUR. APPLICATION DU LASER A CAVITE ETENDUE A L'ANALYSE SPECTRALE D'UN LASER A CONTRE REACTION DISTRIBUEE. UTILISATION DU LASER A CAVITE ETENDUE POUR FAIRE UN RELEVE DU SPECTRE D'ABSORPTION DE L'AMMONIAC GAZEUX AUTOUR DE 1,5 MU . DETERMINATION DE LA STABILITE EN FREQUENCE A LONG TERME DU LASER A CAVITE ETENDUE ASSERVI SUR UNE RAIE D'ABSORPTION DE L'AMMONIAC.
Author: Jean-Luc Vey
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Languages : fr
Pages : 208
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