PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
8.2 . EFFET DES CONDITIONS AUX BORDS SUR LES CRISTAUX
PHOTONIQUES.
rement, l’utilisation d’un bord absorbant est nécessaire pour que l’émission
laser ait les caractéristiques d’un laser bord de bande (spectralement
single mode, et un champ lointain étroit qui est la signature d’un mode
délocalisé).
Généralement dans les lasers à cristaux photoniques, l’effet des conditions
aux bords est souvent négligé. Ce n’est que récemment (en 2007)
qu’a été publié une première étude théorique visant à caractériser cet effet
[128]. Il y a plusieurs raisons qui expliquent pourquoi les conditions aux
bords sont généralement omises.
1) Les CPs sont généralement grand (typiquement une centaine de périodes
depuis le centre). L’effet des bords est alors moins marqué.
2) Les lasers à CP sont généralement pompés optiquement, et la taille
du laser de pompe est généralement plus petite que le CP. Le bord du
CP, n’est pas pompé optiquement, et ainsi présente des pertes. Les
conditions aux bords absorbantes sont alors naturellement introduites.
3) En bord de bande, l’émission spontanée est plus intense (la densité
d’état photonique est plus grande), cela va donc favoriser l’émission
laser pour les modes correspondants. Cet effet n’est pas applicable
pour les lasers à cascade puisque l’émission spontanée ne joue qu’un
rôle limité dans les caractéristiques du laser [112].
8.2.2 Géométrie des cristaux photoniques
La région active pour ces premiers cristaux photoniques est formellement
identique à celle décrite dans l’article [53], c’est à dire un coeur de
type bound to continuum, de fréquence centrale nominale 2.7 THz (dans
la structure publiée, la fréquence est plutôt 2.9 THz), et de 12 µm d’épaisseur.
Afin de pouvoir utiliser la réflectivité induite par le métal, le guide
d’onde métal-métal sera utilisé. Le cristal photonique sera alors défini uniquement
par des trous dans le métal supérieur.
Le cristal photonique est un réseau trigonal de trou, de 10 périodes
depuis le centre (cf image 8.3). Pour injecter le courant, le fil d’or (wire
bonding) est micro-soudé directement sur la surface du CP.
Nous avions vu lors de l’étude des micro-cavités (cf. chapitre 6) que
lorsque dans un guide métal métal le métal supérieur est retiré, la couche
dopée supérieure engendre des pertes très importantes. Afin de limiter
les pertes dans le C.P., celle-ci a été retirée dans les trous (par une rapide
gravure humide, cf. annexe). Concernant le bord du CP, deux séries de
dispositifs ont été étudiées que l’on appellera par la suite :
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