PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
8.4 . INGÉNIERIE DU CHAMP LOINTAIN ET DU FACTEUR DE QUALITÉ
Optimisation du Q
Dans un CP, le mode de bord de bande est délocalisé sur toute la surface
du CP, et sa fonction enveloppe est quasiment constante sur tout le
cristal photonique. Pour augmenter le Q, il faut arriver à confiner légèrement
le bord de bande afin qu’il y ait moins d’énergie sur le bord du CP.
Néanmoins cette localisation ne doit pas être trop forte, car si le mode est
trop localisé, le champ lointain sera plus étendu.
Notre structure se prête bien à une optimisation de ce type : nous pouvons
briser légèrement l’invariance par translation du CP, en modifiant le
rayon des trous le long du CP. En faisant cela, on ne risque pas de confiner
trop fortement le mode optique, car ce réseau ne présente pas de bande
interdite.
Il est important de remarquer que l’augmentation du Q est intrinsèquement
très différente de l’utilisation de bords réfléchissants. Pour ces derniers,
le Q de tous les modes possibles est plus grand que celui obtenu
avec un bord absorbant. L’optimisation en changeant la taille des trous
est radicalement différente : nous allons chercher à optimiser seulement
un mode particulier (le monopole dans notre cas), et cette optimisation
n’augmentera pas le Q des autres modes de type whispering gallery par
exemple. Ce faisant, on gardera les pertes assez différentes entre les différents
modes possibles, ce qui permettra la compétition entre les modes et
ainsi l’émission mono mode spectrale, condition nécessaire pour contrôler
le mode optique du CP.
L’optimisation du facteur de qualité est inspirée de l’utilisation de CP
graduel, où le rayon des trous varie le long du CP [139]. Ce concept a été
développé pour les modes de microcavité d’un CP [140], typiquement en
présence d’un gap photonique complet. Nous démontrons ici, son extension
pour les lasers fonctionnant sur les modes de bord de bande de la
structure photonique.
Automatisation de l’optimisation
Pour optimiser le Q, nous utiliserons un CP de sept périodes depuis
le centre, et dont la période est de 32.4 µm. Cette optimisation concerne
uniquement la variation des rayons des trous, la période étant fixe.
Pour calculer le Q, nous avons utilisé une simulation FDTD 2D (en
utilisant MEEP) tel que défini dans le chapitre 7. Afin d’accroître le Q
nous avons utilisé une approche numérique en procédant par itération.
Le schéma 8.29 représente la boucle numérique utilisée pour augmenter
le facteur de qualité. L’initialisation de la boucle consiste à calculer le
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