PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
CHAPITRE 8 . CRISTAUX PHOTONIQUES, RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX
Le profil de champ lointain d’un laser DFB du second ordre, présente
deux lobes dans la direction du réseau, symétriques par rapport à la direction
verticale. C’est la conséquence directe de la symétrie du mode
laser.
La symétrie concerne deux aspects : la symétrie au niveau de la cellule
élémentaire, et la symétrie globale de la fonction enveloppe du CP, la
fonction enveloppe étant les variations lentes du champ.
Commençons par étudier une structure infinie et périodique. Au niveau
de la cellule élémentaire les modes sont soit symétriques soit antisymétriques
(la symétrie concerne le champ transverse). Les modes antisymétriques
ne se couplent pas avec l’émission verticale à cause d’interférences
destructives. Ils n’ont alors pas de pertes par émission. Les
modes symétriques se couplent avec l’émission verticale, et engendrent
des pertes par radiation qui peuvent être très importantes (des valeurs
d’environ 50 cm −1 ont été calculées pour des lasers à cascade THz [81]).
La compétition entre les modes va alors favoriser les modes antisymétriques
pour l’émission laser.
Ce sont les modes antisymétriques au niveau de la cellule élémentaire
qui vont laser, car leurs pertes par émission sont nulles lorsque l’on
considère une structure infinie. Les échantillons ont une dimension finie,
ainsi les interférences destructives ne seront que partielles, et ces modes
antisymétriques se coupleront à l’émission verticale. L’antisymétrie de la
cellule élémentaire va se retrouver sur les variations lentes du champ
transverse qui présentera aussi une antisymétrie. Les variations lentes
(fonctions enveloppes) peuvent être obtenues par exemple en prenant la
moyenne du champ transverse par trou. Cela implique que pour un DFB
du second ordre, comme pour un CP bidimensionnel, que l’émission dans
la direction purement verticale est nulle.
Le schéma 8.36 décrit ce principe de manière intuitive : pour une structure
infinie, pour chaque cellule élémentaire le mode est antisymétrique,
mais lorsque l’on considère une structure finie, le mode n’est pas tout à fait
antisymétrique, et une composante va dominer. Il est important de rappeler
que pour le profil de champ lointain seules les composantes à l’intérieur
du cône de lumière ont un effet, c’est à dire les composantes spatiales
lentes. Les variations rapides au niveau de la cellule élémentaire ne vont
pas contribuer, puisque ces variations s’effectuent à des longueurs plus
petite que la longueur d’onde, et ainsi sont en dehors du cône de lumière
en espace de Fourier. La figure 8.37 illustre ce phénomène. Si on filtre le
champ pour ne laisser que les composantes qui sont à l’intérieur du cône
de lumière, on n’observe plus les variations rapides au niveau de chaque
période du CP.
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