PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
8.3 . IDENTIFICATION ET PRÉDICTION DU CHAMP LOINTAIN
la polarisation du champ lointain.
8.3.2 Identification des modes en utilisant les caractéristiques spectrales
La première étude concerne les spectres d’émission pour différentes
périodes du CP. Ceux-ci sont présentés dans la figure 8.16. On observe
que la cavité du CP supporte principalement deux modes, dont la fréquence
est accordable avec la période du CP. La séparation spectrale
entre les deux modes est d’environ 13 % de la fréquence centrale, ce qui
est plus large que la largeur typique du gain dans les lasers à cascade
quantique dans le THz. Toutefois, la région active de type phonon résonant
a une courbe de gain plus large que les structures usuelles. C’est
pour cela que les dispositifs dont la période est comprise entre a = 36.8
µm et a = 38.2 µm lasent simultanément sur deux bords de bande du CP.
Les différents bords de bande du point Γ sont représentés dans la figure
8.17. Afin d’identifier lesquels des bords de bande A, B, C ou D lasent
(cf fig. 8.17), il est intéressant de tracer les spectres d’émission en fonction
de l’énergie réduite a/λ comme il est représenté dans la figure 8.18.
La ligne noire en pointillée représente la position prédite des bords de
bande C et D (en énergie réduite) en fonction de la période du CP. Les
calculs ont été fait avec une simulation 3D avec les conditions périodiques
de Bloch. La variation expérimentale et théorique sont en très bon accord,
indiquant que le mode a/λ = 0.315 est le bord de bande hexapolaire (bord
de bande C), et celui à a/λ = 0.36 est le bord de bande monopolaire. Ces
conclusions seront confirmées dans les prochains paragraphes par l’étude
du profil de champ lointain ainsi que de sa polarisation.
L’accord entre les simulations et les mesures n’est pas parfait, puisque
l’écart entre les bords de bandes C et D est 35 % plus grand expérimentalement
que théoriquement. Cela peut s’expliquer par différentes raisons :
tout d’abord nous avons simplifié la structure pour alléger la puissance
de calcul nécessaire (nous avons utilisé un métal parfait, et les couches
dopées ont été omises). Une deuxième explication de la différence entre
les expériences et la théorie provient de la taille finie des dispositifs, qui
éloigne la fréquence d’émission de la fréquence du bord de bande.
La déviation du bord de bande D depuis la condition idéale a/λ =
constant peut être expliquée intuitivement. La région active du laser a
une épaisseur fixe, et ne dépend pas de la période du cristal photonique.
En conséquence, la loi d’échelle typique des cristaux photoniques qui implique
que “a/λ = constant” n’est plus valide dans notre cas, et son effet
n’est pas le même sur les différents bords de bande. Les modes dont l’in-
184