PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
E
2.6 . PRINCIPE GÉNÉRAL DES LASERS À CASCADE QUANTIQUE
phonon LO
τ up
τ gr
phonon LO
FIG. 2.7: Schéma de principe d’un laser cascade THz de type phonon
résonnant.
plexe. La principale difficulté est d’éviter que le niveau excité de la transition
optique ne se couple avec le niveau excité de la période suivante.
L’écart énergétique entre ces deux niveaux est approximativement égal
à la somme de l’énergie du phonon plus celle de la transition optique :
ωLO + hν, c’est à dire environ 25 % de plus que l’énergie du phonon seul.
Or d’après la figure 2.2, cet écart par rapport à l’énergie du phonon, ne suffit
pas à empêcher l’émission de phonon LO. Ce couplage indésiré peut
être diminué en réduisant le recouvrement des fonctions d’onde. Une solution
est de séparer spatialement l’émission du phonon de celle du photon
désirée. En dédoublant les niveaux, on peut positionner spatialement les
niveaux électroniques plus facilement et ainsi réduire le recouvrement des
fonctions d’onde.
Dans le cas de la structure nommée “3 puits quantiques” (car une période
de cette structure n’est constitué que de trois puits quantiques [54]),
la séparation des niveaux liés à la transition optique est obtenue grâce à
l’écart entre deux niveaux couplés par une barrière de potentiel fine. La
largeur de cette barrière quantique est l’élément crucial qui détermine la
longueur d’onde d’émission. Dans la figure 2.8 l’épaisseur de cette barrière
est de 2.4 nm. D’après les calculs la transition entre le niveau 2 et
le niveau 1 (respectivement 3 vers 1) a une énergie de 11.15 meV (13.17
54
z