PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
8.1 . INTRODUCTION
8.1.1 Structures photoniques pour les structures à cascade quantique
Dans l’infrarouge moyen, l’utilisation d’un cristal photonique bidimensionnel
comme cavité, a été démontré tant pour l’émission laser par la
surface [116] que pour la détection à incidence normale [117]. L’utilisation
des cristaux photoniques est séduisante puisqu’elle permet d’obtenir simultanément
un contrôle spectral ( single mode), et spatial ( émission par
la surface, champ lointain controlé ) du mode de cavité. Dans les structures
infrarouges moyen cité ci dessus [116, 117], le contraste d’indice
est obtenu en perforant le semi-conducteur par gravure sèche. Cette approche
a été transposée dans le THz, en définissant des réseaux de piliers
[85, 118] ou de trous [119]. Néanmoins la tendance actuelle dans le
THz est d’utiliser uniquement la géométrie du métal pour définir la cavité
photonique, ce qui évite la gravure sèche (un procédé difficile technologiquement).
Structures photoniques THz
Depuis quelques années l’étude des structures photoniques pour les
lasers à cascade quantique dans le THz est en forte expansion. Les premières
études, en 2005, concernent le développement de lasers spectralement
mono mode. Pour cela la cavité laser est un réseau à contreréaction
distribué du premier ordre (1 st order DFB) en guide plasmonique
[120], et en guide métal-métal [121]. Les dispositifs ont alors une émission
spectralement mono mode. La fin de l’année 2006 et le début de l’année
2007 sont marqués par l’obtention d’une émission verticale en utilisant un
DFB au second ordre de Bragg [82, 81]. L’émission verticale est intéressante
car elle est souhaitée pour de nombreuses applications, toutefois,
du fait de la polarisation TM des transitions intersousbandes, elle ne peut
être obtenue directement ; une structure au second ordre de Bragg est
nécessaire. L’émission obtenue est spectralement mono mode, et le profil
de champ lointain est étroit dans la direction du réseau, mais reste large
dans la direction transverse. Dans la direction transverse, il est nécessaire
d’utiliser des rubans étroits pour éviter les modes d’ordre supérieur dans
la direction latérale. Cela implique que l’extension du champ lointain dans
cette direction sera large.
Entre 2005 et 2008, plusieurs études visent à démontrer l’utilisation de
microcavités circulaires ou en anneau comme résonateur (cf chapitre 4
et [94, 95, 93, 122] ). Dans ces dispositifs la surface du dispositif est réduite,
et le nombre de modes possibles se superposant avec la courbe de
162