PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
Puissance optique (u.a.)
2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0
Frequence (THz)
Puissance optique (u.a.)
M=1
N=3
2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0
Frequence (THz)
Puissance optique (u.a.)
6.4 . LES MICROLASERS
M=4
N=1
2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0
Frequence (THz)
FIG. 6.8: Spectres expérimentaux des trois tailles de microcavité. La
plus grande est à gauche et la plus petite à droite. Les étoiles correspondent
aux fréquences des modes de cavités obtenues par des
simulations axi-symétriques. Pour la cavité de plus grande taille, il
est difficile d’associer sans ambiguïté les fréquences lasers au mode
obtenu par la simulation. Pour la cavité de taille moyenne (figure centrale)
il est très probable que le mode qui lase dans la cavité est le
mode d’ordre azimutal 1, et contenant trois lobes dans la direction
radiale.
6.4.4 Volume sub-longueur d’onde.
Le volume de la cavité de plus petite taille est plus petit que la longueur
d’onde effective dans le matériau :
3 λ
V ≈ 0.7
(6.6)
neff
où V est le volume total de la cavité, et neff l’indice effectif du guide double
métal, c’est à dire environ neff = 3.6.
Il est potentiellement intéressant de réduire le volume d’une cavité pour
plusieurs raisons. Tout d’abord, E. M. Purcell a montré [35] que dans une
cavité l’émission spontanée est augmentée du facteur Fp (le facteur de
Purcell) par rapport à l’émission hors cavité. Ce facteur de Purcell est égal
à :
Fp = 3Qλ3
4π2 (6.7)
V
où Q est le facteur de qualité total de la cavité, V le volume de la cavité.
Cette formule est valable dans le vide, dans un matériau, la longueur
d’onde doit être remplacée par la longueur d’onde dans le matériau.
Y. Todorov a montré expérimentalement [97] que l’émission spontanée
peut effectivement être modifiée suivant le facteur de Purcell. Pour cela il
a utilisé une structure à cascade quantique dans le THz, en utilisant des
guides métal métal de très faible épaisseur (entre 0.44 et 3.5 µm). Les
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