Spectroscopie dans le domaine temporel et non-linéarités optiques résonantes des lasers à cascade quantique térahertz PDF Download
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Author: Julien Madéo
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ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 181
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Book Description
La gamme térahertz est une région du spectre électromagnétique située à l'interface entre les techniques optiques et électroniques de génération et de détection d'un rayonnement.Elle est qualifiée de fossé technologique THz en raison du manque de dispositifs alors que les applications potentielles concernant cette gamme sont vastes.Cette thèse comporte trois axes de recherches articulés autour d'une source THz prometteuse: les lasers à cascade quantique (LCQ). Ces hétérostructures de semiconducteurs sont des lasers unipolaires dont l'émission repose sur la relaxation d'électrons entre des états confinés de la bande de conduction.Un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel, adapté à l'étude du spectre du gain des LCQ THz, a été développé et optimisé. Des sources d'impulsions THz (antennes photoconductrices) ont été réalisées pour ce système permettant d'accéder à une large bande spectrale. Ce système a été employé pour accéder au spectre du gain de LCQ THz, un paramètre clé, et en particulier appliqué à l'étude de LCQ hétérogènes (comprenant plus d'une région active permettant une émission large bande). Ces études ont permis de déterminer les facteurs limitant et d'améliorer leurs dessins, conduisant à un gain large et une émission laser à deux fréquences simultanément. Enfin, les propriétés non-linéaires résonantes de LCQ THz ont été étudiées. Une exaltation de la susceptibilité non-linéaire a été démontrée en accordant un faisceau proche-IR avec des transitions interbandes du LCQ. En combinant cela à la grande puissance THz intracavité, la conversion de l'émission THz du LCQ sur une porteuse optique proche-IR est montrée avec des efficacités élevées (10%).
Author: Julien Madéo
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Languages : fr
Pages : 181
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La gamme térahertz est une région du spectre électromagnétique située à l'interface entre les techniques optiques et électroniques de génération et de détection d'un rayonnement.Elle est qualifiée de fossé technologique THz en raison du manque de dispositifs alors que les applications potentielles concernant cette gamme sont vastes.Cette thèse comporte trois axes de recherches articulés autour d'une source THz prometteuse: les lasers à cascade quantique (LCQ). Ces hétérostructures de semiconducteurs sont des lasers unipolaires dont l'émission repose sur la relaxation d'électrons entre des états confinés de la bande de conduction.Un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel, adapté à l'étude du spectre du gain des LCQ THz, a été développé et optimisé. Des sources d'impulsions THz (antennes photoconductrices) ont été réalisées pour ce système permettant d'accéder à une large bande spectrale. Ce système a été employé pour accéder au spectre du gain de LCQ THz, un paramètre clé, et en particulier appliqué à l'étude de LCQ hétérogènes (comprenant plus d'une région active permettant une émission large bande). Ces études ont permis de déterminer les facteurs limitant et d'améliorer leurs dessins, conduisant à un gain large et une émission laser à deux fréquences simultanément. Enfin, les propriétés non-linéaires résonantes de LCQ THz ont été étudiées. Une exaltation de la susceptibilité non-linéaire a été démontrée en accordant un faisceau proche-IR avec des transitions interbandes du LCQ. En combinant cela à la grande puissance THz intracavité, la conversion de l'émission THz du LCQ sur une porteuse optique proche-IR est montrée avec des efficacités élevées (10%).
Author: Tasmim Alam
Publisher: Cuvillier Verlag
ISBN: 3736962975
Category : Science
Languages : en
Pages : 132
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Book Description
Quantum cascade lasers (QCLs) are attractive for high-resolution spectroscopy because they can provide high power and a narrow linewidth. They are particularly promising in the terahertz (THz) range since they can be used as local oscillators for heterodyne detection as well as transmitters for direct detection. However, THz QCL-based technologies are still under development and are limited by the lack of frequency tunability as well as the frequency and output power stability for free-running operation. In this dissertation, frequency tuning and linewidth of THz QCLs are studied in detail by using rotational spectroscopic features of molecular species. In molecular spectroscopy, the Doppler eff ect broadens the spectral lines of molecules in the gas phase at thermal equilibrium. Saturated absorption spectroscopy has been performed that allows for sub-Doppler resolution of the spectral features. One possible application is QCL frequency stabilization based on the Lamb dip. Since the tunability of the emission frequency is an essential requirement to use THz QCL for high-resolution spectroscopy, a new method has been developed that relies on near-infrared (NIR) optical excitation of the QCL rear-facet. A wide tuning range has been achieved by using this approach. The scheme is straightforward to implement, and the approach can be readily applied to a large class of THz QCLs. The frequency and output stability of the local oscillator has a direct impact on the performance and consistency of the heterodyne spectroscopy. A technique has been developed for a simultaneous stabilization of the frequency and output power by taking advantage of the frequency and power regulation by NIR excitation. The results presented in this thesis will enable the routine use of THz QCLs for spectroscopic applications in the near future.
Author: Dimitri Oustinov
Publisher:
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Category :
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: Pierrick Cavalié
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 194
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Les lasers à cascade quantique (LCQ) sont des nanostructures de semiconducteurs se basant sur des transitions intersousbandes entre états confinés de la bande de conduction. Ils ont permis de combler un manque de sources puissantes et compactes d’abord dans le moyen infrarouge (MIR) puis dans le térahertz (THz). Cette thèse présente deux études en rapport avec ces lasers. La première partie présente les propriétés d’optique non-linéaire résonantes des LCQ. Il s’agit de démontrer la génération de différence de fréquences entre un faisceau proche infrarouge (IR) et le champ THz du LCQ. L’excitation proche IR est résonante avec les transitions interbandes des puits quantiques qui composent le LCQ. Ceci exalte la susceptibilité non-linéaire du milieu. Le champ THz intense dans la cavité combiné à cette excitation résonante permet d’obtenir de bonnes efficacités (jusqu’à 0.13%) et de générer des harmoniques supérieures jusqu’à l’ordre 3. Ces interactions non-linéaires ont également été étudiées dans les LCQ MIR ce qui a permis d’augmenter la température de fonctionnement jusqu’à 275 K. Une deuxième partie traite du contrôle de la phase du champ THz d'un LCQ au moyen d'un montage de spectroscopie THz dans le domaine temporel. L'originalité résulte dans l'usage d'un LCQ ayant un guide double métal. Ces guides permettent d'avoir de meilleures performances en température mais ont des dimensions largement sous longueur d'onde. Ces dimensions compliquent le couplage d'une onde THz externe nécessaire à l'amorçage du champ THz du LCQ sur une phase fixe. Des antennes en forme de V sont déposées à la surface du LCQ pour faire une adaptation d’impédance et favoriser ainsi le couplage.
Author: Jean Maysonnave
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Baldassare Di Bartolo
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1402047894
Category : Science
Languages : en
Pages : 574
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Book Description
This volume presents the Proceedings of "New Development in Optics and Related Fields," held in Italy in June, 2005. This meeting was organized by the International School of Atomic and Molecular Spectroscopy of the "Ettore Majorana" Center for Scientific Culture. The purpose of this Institute was to provide a comprehensive and coherent treatment of the new techniques and contemporary developments in optics and related fields.
Author: Jeffrey Steinfeld
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1468423525
Category : Science
Languages : en
Pages : 543
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Book Description
The impact which has been made on spectroscopy by lasers, and by this route on major segments of physics and chemistry, has received ample documen tation in the past several years. Two principal themes emerge from examina tion of the numerous books and monographs now available on this subject: first, an increase in spectral resolution to levels previously undreamed of; and, second, the generation of nonlinear phenomena as a result of the intense radiation fields available from laser devices. There is one additional property of laser radiation which, although used extensively in experiments, does not appear to have been as thoroughly reviewed as the foregoing aspects. This is the spatial and temporal coherence of the radiation field produced by the laser, which makes possible the coherent excitation of molecular energy states. This feature is the subject of the present volume. While the use of coherence methods in spectroscopy has been paced by lasers, it is by no me ans restricted to this technology. In the second and fourth chapters, microwave sources are discussed as generators of coherent radiation fields and are used to probe both rotational energy levels and spin states of electronically excited molecules. The phenomena discussed in this book, such as nutation, free induction decay, radiative echoes, rapid pas sage, and so forth, are really the same in different regions of the spectrum, and themselves echo from one chapter to the next.
Author: Wolfgang Demtröder
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540749543
Category : Science
Languages : en
Pages : 797
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Keeping abreast of the latest techniques and applications, this new edition of the standard reference and graduate text on laser spectroscopy has been completely revised and expanded. While the general concept is unchanged, the new edition features a broad array of new material. This new edition has been completely revised, especially the chapters on non linear spectroscopy, ion trapping, ultra short laser pulses and new developments. Fifty new figures illustrate the newest developments and results. The author is one of the most renowned experts in this area and no other book with this broad scope is available.
Author: Richard Brewer
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 1461345170
Category : Science
Languages : en
Pages : 647
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The Laser Spectroscopy Conference held at Vail, Colorado, June 25-29, 1973 was in certain ways the first meeting of its kind. Var ious quantum electronics conferences in the past have covered non linear optics, coherence theory, lasers and masers, breakdown, light scattering and so on. However, at Vail only two major themes were developed - tunable laser sources and the use of lasers in spectro scopic measurements, especially those involving high precision. Even so, Laser Spectroscopy covers a broad range of topics, making possible entirely new investigations and in older ones orders of magnitude improvement in resolution. The conference was interdisciplinary and international in char acter with scientists representing Japan, Italy, West Germany, Canada, Israel, France, England, and the United States. Of the 150 participants, the majority were physicists and electrical engineers in quantum electronics and the remainder, physical chemists and astrophysicists. We regret, because of space limitations, about 100 requests to attend had to be refused.
Author: V. S. Letokhov
Publisher: Springer
ISBN: 9783662134870
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 466
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The laser as a source of coherent optical radiation has made it possible to investigate nonlinear interaction of optical radiation with atoms and mole cules. Its availability has given rise to new research fields, such as non linear optics, laser spectroscopy, laser photochemistry, that lie at the boundary between quantum electronics and physical optics, optical spectros copy and photochemistry, respectively. The use of coherent optical radiation in each of these fields has led to the discovery of qualitatively ne\~ effects and possibilities; in particular, some rather subtle effects of interaction between highly monochromatic light and atoms and molecules, in optical spec troscopy, have formed the bases for certain methods of so-called nonlinear, laser Doppler-free spectroscopy. These methods have made it possible to in 5 6 crease the resolution of spectroscopic studies from between 10 and 10 , lim 11 ited by Doppl er 1 i ne broadeni ng up, to about 10 ; at present some 1 abor atories are developing new techniques that have even higher resolution. The discovery and elaboration of the methods of nonlinear laser spectroscopy have resulted largely from contributions by scientists from many countries, in particular from the USA (Massachusetts Institute of Technology, Stanford Uni versity, National Bureau of Standards in Boulder, Harvard University, etc. ), the USSR (P. N. Levedev Institute of Physics, Institute of Semiconductor Phys ics in Novosibirsk, Institute of Spectroscopy, etc.
