PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
Conclusions et perspectives
Mon travail de thèse présenté dans ce manuscrit a été dédié à l’étude
des lasers à cascade quantique dans le THz, et plus particulièrement au
développement d’une structure à haute température maximale de fonctionnement
ainsi qu’à l’étude de différentes structures photoniques.
L’étude comparative en fonction de la fréquence d’émission de la région
active de type “trois puits quantique“, a permis de confirmer que deux phénomènes
limitent la température de fonctionnement : le courant parasite,
ainsi que l’émission de phonons activés thermiquement.
La démonstration expérimentale que la réduction de l’épaisseur de
la région active ne s’accompagne pas d’une forte dégradation des performances,
est un travail préliminaire pour de nombreuses études, entre
autres la réalisation de cristaux photoniques ayant une bande interdite
complète, obtenue par la seule structuration du métal, travail qui sera poursuivi
dans le groupe de recherche à l’IEF.
Le chapitre concernant les microcavités laser a montré avec succès
que la géométrie du métal permet de guider le mode optique, et ainsi
de réaliser simplement des structures photoniques. En outre nous avons
montré, pour la première fois, qu’en guide métal métal, l’intégration d’un
absorbeur optique se réalise très simplement en utilisant la couche dopée
naturellement présente.
L’étude des cristaux photoniques (CPs) a ouvert de nombreuses voies
de recherche. Tout d’abord j’ai démontré que les conditions aux bords sont
un élément essentiel pour profiter des propriétés des cavités à CP, i.e.
contrôler la longueur d’onde et le profil de champ lointain. D’autre part,
cela pourrait permettre éventuellement la miniaturisation des CPs pour
d’autres longueurs d’onde. Une fois les conditions aux bords identifiées,
le potentiel des CPs a été utilisé pour obtenir une émission spectralement
mono mode, et accordable par lithographie optique, ouvrant la possibilité
d’une matrice de CP, sur le même échantillon, et dont l’émission se fait par
la surface. Le très bon accord entre les simulations et l’expérience a permis
de pouvoir optimiser les CPs, en introduisant un π shift, afin d’obtenir
un profil de champ lointain ne contenant qu’un seul lobe. Cela a aussi permis
d’inventer un nouveau type de CP, les CP à bord de bande graduel, qui
permettent d’augmenter nettement les performances en température des
dispositifs, tout en maintenant une émission mono mode spectralement,
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