PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
3.3 . LE GUIDE PLASMONIQUE
La valeur de la mobilité peut être trouvée dans l’article de Poth et coauteurs
[67]. En comparant les valeurs des indices optiques obtenus en
utilisant le modèle de Drude ou par une mesure directe de la réflectivité,
Huggard et coauteurs [68] ont montré qu’il y a un très bon accord. Ainsi
pour les couches de GaAs dopées nous utiliseront le modèle de Drude.
Généralement dans les lasers cascades THz, deux types de dopage sont
utilisés pour les couches de contact : 5 · 10 18 cm −3 et 2 · 10 18 cm −3 . Pour
ces couches fortement dopées le temps de diffusion de Drude, estimé à
partir de la mobilité Hall, est de l’ordre de τ = 0.1 ps. L’utilisation de ce
temps de diffusion reste une approximation. Il est alors important de rester
cohérent, c’est à dire de garder la même convention (τ = 0.1 ps) afin
de pouvoir comparer les valeurs relatives des pertes calculées.
La région active des lasers à cascade est aussi légèrement dopée.
Le dopage moyen est de l’ordre de 5 · 10 15 cm −3 , le temps de diffusion
mesurée par mobilité Hall pour ce dopage est de τ = 1 ps. L’utilisation
du modèle de Drude (avec τ = 1 ps), en assimilant la région active à
du GaAs dopé est une hypothèse très forte, et ne donne pas en général
une bonne estimation de l’indice optique de la région active. En effet la
région active est un ensemble de puits quantiques avec des absorptions
très prononcées. Dans l’article de C. Walther [69], plutôt que d’utiliser le
modèle de Drude pour obtenir les pertes de la région active, toutes les
absorptions inter-sous-bandes ont été considérées, et les résultats sont
assez différents. Plus que l’ingénierie du guide d’onde ces calculs relèvent
de l’optimisation de la région active.
Par simplicité, nous utiliserons tout de même le modèle de Drude pour
décrire l’indice de la région active, en gardant en mémoire que c’est une
approximation forte.
Le dopage va aussi diminuer légèrement la partie réelle de l’indice optique
(cf eq. 3.91). Cela peut aider à confiner le mode optique, et ainsi (en
utilisant le modèle de Drude), les pertes d’un guide plasmonique peuvent
diminuer si on dope la région active. Ce résultat est assez surprenant,
mais il faut toutefois rappeler que le modèle de Drude n’a pas de justification
forte pour son utilisation pour l’indice de la région active.
Le tableau 3.2 récapitule les indices utilisés pour les couches de contact
et l’indice de l’or d’après l’article [61].
Généralement le GaAs dopé à 5 · 10 18 cm −3 sert pour le contact électrique,
et celui dopé à 2 · 10 18 cm −3 est utilisé pour le confinement du guide
“plasmonique” (et aussi comme contact électrique).
Simplifions le guide plasmonique en ne gardant que les éléments essentiels
pour la géométrie du mode. Celui-ci est alors constitué de la séquence
suivante (pour une longueur d’onde λ = 100 µm) : substrat GaAs
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