PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
CHAPITRE 6 . MICROCAVITÉ
pertes étant très importantes pour les guides métal métal de très faible
épaisseur, les structures ne lasent pas. Pour la structure de plus petite
taille il a réussi à obtenir un facteur de Purcell de l’ordre de 50.
Pour les lasers inter-bandes (diodes laser par exemple), augmenter
l’émission spontanée est utile, puisque c’est un facteur limitant l’efficacité
du laser. En effet dans ce type de dispositif, l’émission spontanée réduit
la durée de vie du niveau excité, et est néfaste pour le seuil laser, car
l’émission spontanée se fait vers des modes qui ne seront pas forcément
le mode laser.
Dans les lasers à cascade quantique, l’intérêt d’obtenir des cavités
sub-longueur d’onde consiste à faciliter la compréhension de ce type de
cavité. Il est en effet beaucoup plus facile de caractériser un laser, plutôt
qu’une structure électroluminescente, car la mesure est difficile à réaliser
expérimentalement. Le but final est plutôt d’étudier le couplage fort dans
ce type de cavité, activité en cours dans le terahertz par exemple à l’université
Paris 7.
6.5 Absorbeurs optiques pour les lasers à cascade quantique
dans le THz
Nous avons démontré que l’effet laser dans les microcavités étudiées
est fortement lié au retrait d’une couche dopée sur le bord de la cavité. Les
pertes engendrées par cette couche dopée empêchent les dispositifs de
laser. Néanmoins, bien que cela puisse paraître surprenant, il est très utile
de pouvoir introduire localement des pertes importantes dans une cavité.
La fréquence d’émission laser est le résultat d’une compétition entre les
modes existant dans la cavité. Le contrôle spatial des pertes peut être une
méthode pour modifier la compétition entre les différents modes, et ainsi
en favoriser certains. Pour que cet effet soit possible, il est nécessaire
d’avoir un contrôle spatial des pertes. En guide métal métal, cela peut se
faire très simplement en ne recouvrant pas la couche dopée du contact
supérieur par du métal (cf figure 6.9).
Le comportement de la couche dopée dépend de la présence du métal.
Pour le mode optique, la couche dopée agit comme un mauvais métal, il
existe alors un plasmon de surface à l’interface entre la région active et
celle-ci. L’indice optique de la couche dopée étant relativement faible en
comparaison des indices des métaux, le mode traverse la couche dopée.
Ce qui va se trouver de l’autre côté de la couche dopée, c’est à dire le
métal, ou l’air va déterminer la forme du mode. Ainsi lorsque la couche
dopée est recouverte de métal, le mode est “poussé” dans la région active,
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