Etude du gain des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge
Institution:
Paris 7Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Quantum cascade lasers (QCL) have experienced a constant development since their invention in 1994 and represent so far the most interesting compact source for optical Systems operating in the mid-infrared and in the THz region of the spectrum. In order to respond to applications4s requirements, it is important to study the key physical parameters of the gain in QCL. In the first part of this work, we studied the impact on the gain of the material properties, such as the electron effective mass. In the second part of this work, we realized a new experimental technique for an accurate measurement of the gain, as a function of the voltage applied to the device. Thanks to this technique, we studied several parameters, which have an influence on the laser's performances, such as losses, transparency current, electronic and lattice temperature. Our experimental results were also used to estimate the population inversion on the laser transition and showed the possibility of probing the population of the QCL's electronic states as a function of the bias and the time.
Abstract FR:
Depuis 1994, les lasers à cascade quantique (LCQ) se sont imposés comme la source semiconductrice compacte de choix dans le domaine du moyen et lointain infrarouge. Afin de répondre aux exigences des applications, il est important de dégager les paramètres clés qui gouvernent le gain des LCQ. La première approche de ce travail de thèse consiste à étudier le gain d'un point de vue matériau, pour vérifier sa dépendance avec la masse effective des électrons. La deuxième approche repose sur la mise en place d'un dispositif expérimental original basé sur la mesure de frange Fabry Pérot afin d'obtenir une mesure du gain en fonction du voltage appliqué au dispositif. Ainsi, les paramètres physiques qui régissent le fonctionnement et les performances des LCQ ont été identifiés et analysés: le courant de transparence, les différentes sources de pertes, la température des électrons et du réseau. Pour finir, ces résultats ont permis d'estimer l'inversion de population et de montrer la possibilité de sonder les densités de population des niveaux électroniques pour différentes tensions appliquées mais aussi au cours de l'impulsion laser.