PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
7.4 . GÉOMÉTRIE DES CRISTAUX PHOTONIQUES UTILISÉS
Pour une structure réelle et donc finie, la vitesse de groupe, ne sera pas
nulle, mais sera nettement réduite. Le fait qu’elle soit plus faible implique
que le gain par unité de longueur sera plus important (gain enhancement
factor). Mais cela implique aussi que les pertes du guide d’onde vont augmenter.
Le ratio des pertes du guide d’onde sur le gain reste constant.
L’effet principal va être d’augmenter artificiellement la longueur effective
de la cavité, et ainsi réduire les pertes des miroirs.
Pour les dispositifs inter-bandes (diode laser par exemple), il y un autre
effet, qui implique que le mode laser correspondra à un bord de bande :
c’est l’émission spontanée. Au bord de bande la densité d’état photonique
diverge, ainsi l’émission spontanée sera plus intense. Pour les lasers à
cascade cela n’a pas d’effet puisque l’émission spontanée, ne joue qu’un
rôle très réduit dans les caractéristiques du laser.
Dans le cadre de modèle plus complet, par exemple en utilisant une
théorie semi-classique de l’émission laser en bord de bande [112], les
conclusions obtenues précédemment sont confirmées.
7.4 Géométrie des cristaux photoniques utilisés
L’étude des cristaux photoniques pour les lasers à cascade quantique
dans le THz est principalement motivée par l’obtention de deux objectifs :
le premier est l’émission mono-mode spectrale ,qui peut être obtenue à la
fois en utilisant des modes de défauts du CP, ou des modes de bord de
bande délocalisés. Le deuxième objectif est d’obtenir une émission directive,
c’est à dire un champ lointain étroit. Pour cela il est nécessaire d’avoir
un mode délocalisé sur une grande surface, et donc requière l’utilisation
de mode de bord de bande du CP.
C’est pour cela, que dans le cadre de cette thèse nous avons étudié
uniquement les lasers à CP en bord de bande.
Les lasers à cascade quantique sont des lasers pompés électriquement,
il est ainsi beaucoup plus simple technologiquement d’étudier des
structures connexes, c’est à dire des réseaux de trous plutôt que des réseaux
de piliers. (L’utilisation de réseau de pilier est quand même possible
[87])
Généralement le contraste d’indice nécessaire pour la structure photonique
est obtenu en gravant le semi-conducteur. Nous avons choisi une
méthode alternative : nous allons utiliser le même principe que pour les
microcavités (cf chapitre 6), c’est à dire utiliser la réflectivité induite par le
métal. Ainsi nous utiliserons le guide métal métal, et le CP sera simplement
“imprimé” par le métal supérieur (cf schéma 7.4). Cette technique
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