PHOTONIQUE POUR LES LASERS À CASCADE QUANTIQUE ...

tel-00740111, version 1 - 9 Oct 2012
CHAPITRE 4 . ÉTUDE DE LA STRUCTURE "3 PUITS QUANTIQUES"
E
1
3
ω LO
4
2
3
ω LO
1
FIG. 4.1: Schema descriptif de la structure 3 puits quantiques. La
transition optique se fait entre le niveau 4 et le niveau 2. L’inversion
de population est obtenue par émission rapide de phonon LO entre
le 3 et 1. Entre les niveaux 2 et 3 ainsi qu’entre les niveaux 1 et
4, les électrons traversent la barrière quantique par transport tunnel
résonant.
le niveau excité du puits large.
Le but de ce chapitre est de décrire les performances des lasers à cascade
quantique dans le THz en fonction de la longueur d’onde d’émission
laser. La structure “3 puits quantiques” est idéale pour cette étude, puisque
la fréquence d’émission ne dépend que de la largeur de la barrière entre
les deux puits où se situe la transition optique. Ainsi la variation de la fréquence
d’émission ne requière pas de changer complètement la structure,
facilitant ainsi la comparaison des performances.
Cette étude a été faite en collaboration étroite avec le groupe de F.
Capasso à Harvard, plus particulièrement avec M. Belkin, qui a démontré
que cette structure, en combinaison avec un guide métal métal en cuivre
avait la Tmax la plus élevé : 178 K [72]. L’utilisation du cuivre plutôt que de
l’or permet de réduire légèrement les pertes, et ainsi augmenter la Tmax.
Il a été démontré très récemment qu’en modifiant cette structure afin de
rendre la transition optique plus diagonale dans l’espace réel, la Tmax peut
encore être augmentée jusqu’à 186 K [29] (toujours en utilisant un guide
double métal en cuivre).
L’étude présentée ici concerne la structure 3 puits quantiques, avec une
transition verticale, et en guide métal-métal en or. Dans cette étude cinq
89
hν
4
2
1
hν
z