Dissertations / Theses on the topic 'Lasers à îlot quantiques'
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Doré, François. "Emetteurs à îlots quantiques pour le moyen-infrarouge." Rennes, INSA, 2008. http://www.theses.fr/2008ISAR0024.
Abstract:
Les premiers calculs sur les structures de type I à faible gap sur substrat d’InP(001) révèlent l’intérêt de la combinaison. InAsSb/GaAsSb. La modélisation d’îlots uniques montre un mélange des fonctions d’onde de valence et conduction dans les états confinés, conduisant à des relaxations non-radiatives. La géométrie a un fort impact sur les temps associés à ces processus. Un calcul de l’IVBA montre une évolution globalement défavorable aux grandes longueurs d’onde avec toutefois des gammes privilégiées. Le gap élevé d’InAs contraint oblige à utiliser de gros îlots en faible densité, ce qui limite le gain. Un laser fait de 4 plans d’îlots a un courant de seuil de 3,4 kA/cm² à 20 K pour une longueur d’onde de 1,85 µm. L’obtention d’ilots d’InAsSb dans une barrière de GaAsSb semble complexe du fait d’un blocage cinétique de la transition 2D-3D par l’antimoine en surface qui permet néanmoins d’obtenir de plus gros îlots ou des puits plus épais émettant jusqu’à 2,35 µm à 300 KType I band lineups calculation for narrow gap structures on InP(001) substrate are presented It reveals the interest of InAsSb/GaAsSb association. Single dot model show a mixing of valence and conduction eigenfunctions in the confined eigenstates. This effect leads to non-radiative relaxations. Geometry has a strong impact on related characteristic times. IVBA calculations show a negative trend towards long wavelengths except for favoured areas. Large gap of strained InAs implies the use of big islands with low densities. Gain is then reduced. A 4 QD layers laser emitting at 1. 85 µm at 20 K has a threshold current density of 3,4 kA/cm². InAsSb dots formation in GaAsSb barrier turns out to be difficult. Antimony presence on the surface inhibits 2D-3D transition. Nevertheless this effect permits the formation of larger dots or thicker wells emitting until 2. 35 µm at 300 K
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Ding, Shihao. "Exploring nonlinear dynamics and amplitude squeezing of quantum dot lasers." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAT008.
Abstract:
Les circuits photoniques intégrés (PIC) utilisant la technologie de la photonique sur silicium présentent un potentiel significatif dans les systèmes de communication à haute vitesse, le calcul optique et la technologie quantique. Les lasers à îlot quantiques (QD), en particulier ceux qui sont cultivés épitaxialement sur silicium, affichent des caractéristiques remarquables telles qu'une forte tolérance aux défauts, un faible courant de seuil et une bonne stabilité thermique. De ce fait, ils émergent progressivement comme des sources laser prometteuses sur puce pour les PIC. Cette thèse vise à explorer la dynamique non linéaire et les propriétés d'état quantique des lasers QD, jetant ainsi les bases de diverses applications potentielles. La première section de la thèse se penche sur le rôle du facteur d'élargissement de la largeur de raie (αH-facteur) dans les lasers QD. J'ai utilisé une technique de modulation de phase optique pour extraire le αH-facteur des lasers QD au-dessus du seuil. Le petit αH-facteur des lasers QD a fortement amélioré la tolérance au feedback optique. Cela facilite le développement de transmissions optiques à haute vitesse sur puce sans isolateur optique et augmente la densité d'intégration. La deuxième section explore les caractéristiques dynamiques des lasers QD sous feedback optoélectronique (OEF). Contrairement au feedback optique, j'ai démontré que les lasers QD présentent une sensibilité accrue à l'OEF, conduisant à diverses dynamiques complexes. Cette sensibilité extrême est cruciale pour l'avancement du calcul optique basé sur le silicium sur puce et des applications des machines d'Ising, un phénomène non observé dans les lasers à puits quantiques (QW). Dans la troisième section, j'ai analysé la dépendance du bruit de fréquence au bruit porteur externe. La recherche a révélé qu'un pompage silencieux est très avantageux pour minimiser le αH-facteur, réduire le bruit de fréquence et, par conséquent, rétrécir la largeur de raie optique des lasers QD. La dernière section met en évidence la génération de lumière comprimée en amplitude directement à partir d'un laser QD à semi-conducteurs entraîné par un courant constant. Avec le pompage silencieux, j'ai atteint une large bande passante de compression de plusieurs gigahertz à température ambiante avec un rapport de compression de 3,5 dB. L'insensibilité extrême à la réflexion du générateur QD comprimé sous feedback optique, en contraste avec un laser de référence utilisant la technologie QW standard, est également démontrée avec un rapport de compression amélioré à 5,7 dB. Trois mesures distinctes, incluant le spectre radiofréquentiel sous le bruit de grenaille, les statistiques photoniques sub-Poissonniennes et la fonction de corrélation d'ordre deux à retard zéro, valident mes conclusions. Cette recherche établit un cadre fondamental pour des circuits quantiques photoniques intégrés compacts et hautement efficaces, démontrant le potentiel d'application immense des lasers QD dans les domaines de la photonique classique et quantiquePhotonic integrated circuits (PICs) utilizing silicon photonics technology show significant potential in high-speed communication systems, optical computing, and quantum technology. Quantum dot (QD) lasers, particularly those epitaxially grown on silicon, exhibit notable characteristics such as strong defect tolerance, low threshold current, and good temperature stability. As a result, they are gradually emerging as promising on-chip laser sources for PICs. This thesis aims to explore the nonlinear dynamics and quantum state properties of QD lasers, laying the foundation for various potential applications. The first section of the thesis delves into the role of the linewidth enhancement factor (αH-factor) in QD lasers. I employed an optical phase modulation technique to extract the above-threshold αH-factor of QD lasers. The small αH-factor of QD lasers strongly improved optical feedback tolerance. This facilitates the development of high-speed optical transmission on chips without an optical isolator and increases integration density. The second section explores the dynamic characteristics of QD lasers under optoelectronic feedback (OEF). Unlike optical feedback, I demonstrated that QD lasers exhibit enhanced sensitivity to OEF, leading to various complex dynamics. This extreme sensitivity is crucial for the advancement of on-chip silicon-based optical computing and Ising machine applications, a phenomenon not observed in quantum well (QW) lasers. In the third section, I analyzed the dependency of frequency noise on external carrier noise. The research revealed that quiet pumping is highly advantageous for minimizing the αH-factor, reducing frequency noise, and consequently narrowing the optical linewidth of QD lasers. The last section highlights the generation of amplitude-squeezed light directly from a constant-current-driven semiconductor QD laser. With the quiet pump, I achieved a substantial gigahertz squeezing bandwidth at room temperature with a squeezing ratio of 3.5 dB. The extreme reflection insensitivity of the squeezed QD generator under optical feedback, in contrast to a reference laser using standard QW technology, is also demonstrated with a squeezing ratio further improved to 5.7 dB. Three distinct measurements, including the sub-shot-noise radiofrequency spectrum, sub-Poissonian photon statistics, and second-order correlation function at zero delay, validate my findings. This research establishes a foundational framework for compact and highly efficient photonic quantum integrated circuits, showcasing the immense application potential of QD lasers in both classical and quantum photonics fields
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Hayau, Jean-François. "Caractérisation de composants photoniques à base d'ïlots quantiques à semi-conducteurs InAs/InP : bruit et injection optique." Rennes 1, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00511839.
Abstract:
Nous présentons, dans ce manuscrit, une étude du bruit d'intensité et de l'influence de l'injection optique pour des lasers à îlots quantiques et à bâtonnets quantiques. Ces structures font l'objet de nombreuses attentes mais peu d'études ont été jusqu'à présent réalisées. Nous détaillons les techniques de mesure de bruit et développons une analyse de l'interaction entre les modes d'un laser multifréquences à partir de mesures de bruit. Une modélisation du bruit d'intensité dans les structures à îlots quantiques montre un fonctionnement plus complexe de ces structures en comparaison aux structures massives. Il indique le rôle majeur de la couche dite de mouillage, en accord avec l'étude expérimentale. Les meilleures caractéristiques dynamiques liées à une fréquence de relaxation et un taux d'amortissement plus forts s'accompagne d'un bruit plus faible dans un laser à bâtonnets quantiques comparativement à un laser massif de structure comparable. Un nombre plus réduit de plans de bâtonnets quantiques conduit à de moins bonnes caractéristiques dynamiques alors que cette diminution est connue pour diminuer le seuil laser. L'étude de l'injection optique dans ces structures montre un comportement très proche de celui des lasers monomodes. Peu de régimes sont rencontrés en comparaison à l'injection dans un laser multi-mode massif. Par ailleurs nous montrons l'observation du régime de multi-excitabilité dans ces structures.
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Hao, Zhenyu. "Caractérisations de structures à base d'îlots, bâtonnets quantiques en termes de bruit, non linéarité et d'injection optique." Phd thesis, Université Rennes 1, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00940272.
Abstract:
Cette thèse porte sur l'étude de structures lasers à semi-conducteurs à base d'îlots et de bâtonnets quantiques, connues pour avoir quelques propriétés remarquables telles leur fort gain, leur effet non-linéaire renforcé, leur faible courant de seuil, leur haute température caractéristique ... Les caractérisations en termes de bruit d'intensité et d'injection optique de ces structures montrent un comportement atypique comparativement aux structures classiques (massives ou à base de puits quantiques). Nous avons pu ainsi comparer le bruit d'un laser DFB à bâtonnets quantiques avec celui d'un laser DFB massif ou à puits quantiques. Des études comparatives de bruit ont aussi été effectuées sur des lasers de type Fabry-Perot. Une modélisation du bruit a été confrontée aux résultats expérimentaux et montre l'importance de la prise en compte de la couche de mouillage. L'injection optique, contrairement aux propriétés d'un laser classique, présente un grand nombre de régimes dynamiques fortement non linéaires près du seuil laser (r~1,1) et peu de régimes à seuil modéré (r~3). Ces résultats nous indiquent finalement que le couplage des modes longitudinaux est à la fois fort et fortement amorti par l'interaction avec la couche de mouillage, ce qui nous donne des pistes très intéressantes pour la modélisation du blocage de modes observé dans ces structures.
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Dong, Bozhang. "Quantum-dot lasers on silicon : nonlinear properties, dynamics, and applications." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2021. http://www.theses.fr/2021IPPAT047.
Abstract:
La photonique sur silicium est une technologie prometteuse pour les systèmes de communication à haut débit, les interconnexions optiques à courte portée et pour le déploiement des technologies quantiques. La croissance de matériaux III-V sur silicium constitue également une solution idéale pour la prochaine génération de circuits photoniques intégrés (PIC). Dans ce contexte, les lasers à îlots quantiques (QD) utilisant des atomes semi-conducteurs comme milieu de gain sont des candidats très prometteurs en raison de leur compacité, de leur grande stabilité thermique et d’une tolérance accrue aux défauts structuraux. L'objectif de cette thèse est d'étudier les propriétés non-linéaires et les dynamiques des lasers QD sur Si en vue des applications susmentionnées. La première partie se polarise sur les lasers QD directement épitaxiés sur Si en présence de contre-réaction optique (EOF). Dans le régime de cavité courte, les résultats rapportent des tolérances élevées aux réflexions parasites ce qui rend possible l’intégration de ces sources sur des PIC dépourvus d’isolateur optique. Par ailleurs, la réduction du facteur d’élargissement spectral est un déterminant fondamental permettant d'atteindre cet objectif. La deuxième partie analyse les propriétés statiques et dynamiques d'un laser QD à rétroaction optique distribuée (DFB) pour des applications sans isolateur et sans Peltier. Pour ce faire, la conception du laser intègre un désaccord entre le pic de gain et le pic d’émission DFB contrôlable par la variation de température. Par conséquent, les performances du laser sont substantiellement améliorées avec l'augmentation de la température. La troisième partie du manuscrit aborde les lasers QD sur Si pour la génération de peigne de fréquences optiques (OFC). Les techniques de contrôles externes comme la contre-réaction et l'injection optique sont utilisées pour régénérer les performances notamment le bruit de phase, la gigue temporelle et la bande passante d'émission du peigne. La dernière partie s'articule autour des non-linéarités optiques dans les lasers QD sur Si notamment sous l'angle du mélange à quatre ondes (FWM). L'étude montre que l'efficacité FWM du laser QD est supérieure de plus d'un ordre de grandeur à celle d'un laser à puits quantiques prouvant ainsi que les milieux QD sont très efficaces pour obtenir des peignes de fréquence de grande qualité et de l’auto blocage de mode. Ce travail démontre l'importance des solutions lasers QD en particulier pour les technologies photoniques intégrées sur SiSilicon photonics is promising for high-speed communication systems, short-reach optical interconnects, and quantum technologies. Direct epitaxial growth of III-V materials on silicon is also an ideal solution for the next generation of photonic integrated circuits (PICs). In this context, quantum-dots (QD) lasers with atom-like density of states are promising to serve as the on-chip laser sources, owing to their high thermal stability and strong tolerance for the defects that arise during the epitaxial growth. The purpose of this dissertation is to investigate the nonlinear properties and dynamics of QD lasers on Si for PIC applications. The first part of this thesis investigates the dynamics of epitaxial QD lasers on Si subject to external optical feedback (EOF). In the short-cavity regime, the QD laser exhibits strong robustness against parasitic reflections hence giving further insights for developing isolator-free PICs. In particular, a near-zero linewidth enhancement factor is crucial to achieve this goal. The second part is devoted to studying the static properties and dynamics of a single-frequency QD distributed feedback (DFB) laser for uncooled and isolator-free applications. The design of a temperature-controlled mismatch between the optical gain peak and the DFB wavelength contributes to improving the laser performance with the increase of temperature. The third part of this dissertation investigates the QD-based optical frequency comb (OFC). External control techniques including EOF and optical injection are used to optimize the noise properties, reduce the timing-jitter, and increase the frequency comb bandwidth. In the last part, an investigation of the optical nonlinearities of the QD laser on Si is carried out by the four-wave mixing (FWM) effect. This study demonstrates that the FWM efficiency of QD laser is more than one order of magnitude higher than that of a commercial quantum-well laser, which gives insights for developing self-mode-locked OFCs based on QD. All these results allow for a better understanding of the nonlinear dynamics of QD lasers and pave the way for developing high-performance classical and quantum PICs on Si
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CAVELIER, MARC. "Etude de la dynamique des lasers a semiconducteurs : lasers a puits quantiques et lasers conventionnels." Paris 11, 1992. http://www.theses.fr/1992PA112237.
Abstract:
Les lasers a puits quantiques constituent des sources remarquables par leur compacite et leurs performances dynamiques sous injection electrique. Par un traitement perturbatif des equations de la matrice densite, nous calculons la susceptibilite electromagnetique du milieu actif, pour des structures a puits quantiques ou massives. Nous montrons les avantages dus a la quantification pour le gain differentiel et le facteur de couplage phase-amplitude. Dans ce modele, la non-linearite du gain, proportionnelle a l'intensite de l'emission stimulee, est independante du type de structure si les temps de relaxation intrabande sont identiques. Les mesures sous seuil et en modulation petit signal des performances dynamiques de lasers a puits quantiques confirment les avantages des structures a puits quantiques quant au gain differentiel et au facteur de couplage phase-amplitude. En revanche, la non-linearite du gain est nettement renforcee et les performances ultimes de modulation ne sont pas ameliorees. D'autre part, la non-linearite du gain depend du nombre de puits dans la region active. Les phenomenes de transport au sein de la region active pourraient en etre a l'origine. Enfin, nous presentons une approche analytique de la commutation de gain qui montre l'influence de la non-linearite du gain sur la dynamique. Cette approche, appliquee aux resultats de mesures impulsionnelles effectuees sur des lasers fabry-perot monodes accordables dans une cavite externe tres longue, tres selective et tres attenuatrice, a montre les tres bonnes performances dynamiques des lasers a puits quantiques contraints. Ces etudes ont aussi confirme les fortes valeurs du gain differentiel et de la non-linearite de gain dans les lasers a puits quantiques
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Lamkadmi, Azouigui Shéhérazade. "Lasers à boîtes quantiques et tolérance à la rétroaction optique." Evry, Institut national des télécommunications, 2008. http://www.theses.fr/2008TELE0007.
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Hayau, Jean-Francois. "Caractérisation de composants photoniques à base d'îlots quantiques à semi-conducteurs InAs/InP : bruit et injection optique." Phd thesis, Université Rennes 1, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00511839.
Abstract:
Nous présentons, dans ce manuscrit, une étude du bruit d'intensité et de l'influence de l'injection optique pour des lasers à îlots quantiques et à bâtonnets quantiques. Ces structures font l'objet de nombreuses attentes mais peu d'études ont été jusqu'à présent réalisées. Nous détaillons les techniques de mesures de bruit et développons une analyse de l'interaction entre les modes d'un laser multifréquences à partir de mesures de bruit. Une modélisation du bruit d'intensité dans les structures à îlots quantiques montre un fonctionnement plus complexe de ces structures en comparaison aux structures massives. Il indique le rôle majeur de la couche dite de mouillage, en accord avec l'étude expérimentale. Les meilleures caractéristiques dynamiques liées à une fréquence de relaxation et un taux d'amortissement plus forts s'accompagne d'un bruit plus faible dans un laser à bâtonnets quantiques comparativement à un laser massif de structure comparable. Un nombre plus réduit de plans de bâtonnets quantiques conduit à de moins bonnes caractéristiques dynamiques alors que cette diminution est connue pour diminuer le seuil laser. L'étude de l'injection optique dans ces structures montre un comportement très proche de celui des lasers monomodes. Peu de régimes sont rencontrés en comparaison à l'injection dans un laser multi-mode massif. Par ailleurs nous montrons l'observation du régime de multi-excitabilité dans ces structures.
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Yao, Jun. "Étude des non-linéarités optiques et des effets de capture des porteurs dans les lasers semi-conducteurs à puits quantiques /." Paris : École nationale supérieure des télécommunications, 1994. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb35691387x.
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Olejniczak, Lukasz. "Polarization properties and nonlinear dynamics of quantum dot lasers." Thesis, Metz, 2011. http://www.theses.fr/2011METZ001S/document.
Abstract:
Dans cette thèse nous présentons dans un premier temps nos résultats expérimentaux sur les instabilités de polarisation de lasers à boîtes quantiques (QD) et à cavité verticale (VCSELs). Ces instabilités présentent des caractéristiques différentes de celles observées dans les lasers VCSELs à puits quantiques : une compétition se produit entre deux états polarisés elliptiquement et non orthogonaux, qui donne lieu à une dynamique de saut de mode de polarisation dans le temps. Le temps de séjour moyen dans un mode décroit de huit ordres de grandeur en augmentant le courant d’injection (de la seconde à la nanoseconde). A notre connaissance ceci constitue la première observation d’une dynamique de polarisation d’un VCSEL avec une échelle de temps aussi diversifiée.Nous présentons ensuite une étude théorique d’un laser QD avec injection optique, en prenant en compte la dynamique des porteurs de charge vers des états énergétiques excités. Nous montrons qu’aux dynamiques d’impulsions excitables observées expérimentalement s’ajoutent des dynamiques auto-pulsées complexes résultant d’une phénomène de bifurcation autour d’un point de selle (« bottleneck »). Finalement nous avons étudié le cas d’un laser QD émettant simultanément depuis les états d’énergie fondamental et excité. Alors que la lumière est injectée dans laser QD esclave à la fréquence proche de l’état d’énergie fondamental, nous montrons que l’émission à la fréquence de l’état excité présente une dynamique auto-pulsée avec des impulsions très courtes (ps) suite à un mécanisme de basculement de gainIn this thesis we first show our experimental results on polarization instabilities in quantum dot (QD) lasers with vertical cavity, so called VCSELs. Their characteristics are different from what is typically observed in their QW counterparts: light that is linearly polarized close to lasing threshold becomes elliptically polarized as current is increased and then a wide region of polarization mode hopping between nonorthogonal, elliptically polarized modes sets on. Within this region the average dwell time decreases by eight orders of magnitude from seconds to nanoseconds. To our best knowledge this is the first observation of such a diversified dynamics of polarization mode hopping in a single VCSEL. We have also carried out theoretical studies of optically injected QD lasers accounting for the intradot carrier dynamics through the higher-energy excited states. We show that experimentally observed excitable pulses are complemented by self-pulsations resulting from the so-called bottleneck phenomenon. Finally, we have theoretically investigated optically injected QD laser lasing simultaneously from the ground and excited states. We show that although the external light is injected to the ground state mode alone, modulation of the relaxation time induced by injected signal can provide a gain switching mechanism leading to generation of picosecond pulses from the excited state
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Olivier, Augustin. "Contribution à l'étude des propriétés dynamiques des lasers semiconducteurs 1,5 um à multipuits quantiques." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10075.
Abstract:
Ce mémoire présente l'évaluation du gain différentiel et du coefficient de saturation du gain avec la densité de photons des lasers scmqw émettant à 1,5 m. Pour cela nous avons mis au point des méthodes de caractérisation originales pour analyser les propriétés dynamiques des lasers, pour lesquelles nous avons réalisé des photodiodes pin de fréquence de coupure à 3 db supérieure à 18 ghz. En considérant un gain linéaire pour les scmqw, nous avons établi une relation linéaire entre le rapport fréquence de résonance au carré et de la puissance émise, proportionnelle au gain différentiel et l'inverse de la longueur de la cavité. Cette relation nous a permis de constater expérimentalement que le gain différentiel était 3 à 4 fois plus élevé dans les lasers scmqw que dans les lasers conventionnels. L'analyse de la génération d'harmoniques dans la cavité a permis d'établir à la fréquence de résonance une relation linéaire entre le coefficient de saturation du gain avec la densité de photons et le taux de modulation correspondant au point d'intersection des harmoniques. Une méthode de mesure fondée sur cette propriété a permis de déduire le coefficient de saturation du gain trois fois plus élevé dans les structures scmqw. Ceci conduit à une fréquence de résonance ultime identique pour les structures scmqw et conventionnelle. Nous avons validé par une analyse de la modulation de fréquence, après avoir déterminé le coefficient de variation de l'indice de réfraction avec les porteurs, les valeurs précédemment évaluées et déterminé une réduction du facteur de Henry des lasers scmqw
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Berger, Pierre-Damien. "Application de la technique de photo réflectivité à la caractérisation de microcavités semi-conductrices." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0093.
Abstract:
Le but de ce travail a été de caractériser optiquement des structures de microcavité réalisées par épitaxie par jets moléculaires à base de matériaux semi-conducteurs III-V. Nous utilisons la photo-réflectivité, méthode de spectrométrie de modulation optique, pour caractériser ces structures. Cette technique permet de mesurer la position du mode de la cavité Fabry-Pérot par rapport au niveau fondamental des puits quantiques, même lorsque cette transition se trouve masquée par le fort coefficient de réflectivité. De plus, les spectres de photo-réflectivité permettent d’obtenir la composition de l’alliage ternaire de la cavité, la valeur du champ électrique interne, l’épaisseur des puits quantiques. Ces résultats offrent ainsi la possibilité de calibrer les paramètres de croissance. Dans le cadre d'un projet avec le CENLETI, nous avons complété un programme de simulation concernant l’influence de la couche active des structures sur la réflectivité. Nous avons modélisé l'indice complexe des puits quantiques en ne tenant compte que de la contribution excitonique pour laquelle nous avons approximé la fonction d’onde au niveau des puits quantiques par une fonction Lorentzienne. Nous incluons aussi l’effet du champ électrique qui modifie l'énergie de la transition quantique par effet Stark. En faisant évoluer les transitions l'une par rapport à l'autre, nous mettons en évidence un phénomène d'anti-croisement entre les états excitoniques et photoniques, caractéristique du régime de couplage. A la résonance, le système oscille entre chacun de ces états. Nous avons étudié une structure VCSEL (Ga. S/AlGaAs) présentant un régime de couplage faible avec une énergie de séparation ЂΩ de 3,2meV en accord avec les résultats de simulation. Nous avons également observe un reg1me de couplage fort sur une structure de microcavité (InGaAs/ AIGaAs/GaAs) avec ЂΩ =8. 2me VThe purpose of this work was to perform an optical characterization of microcavity structures grown by molecular beam epitaxy in III-V semiconductor alloys. We use the photo-reflectance modulation spectroscopy, a non-destructive method, to characterize these structures. Photo-reflectance allows to accurately measure the Fabry-Pérot cavity mode and the quantum well fundamental transition energy, even in the high reflectivity range. Moreover, photo-reflectance spectrum gives the composition of the cavity ternary alloy, the built-in electric field value, and the quantum well thickness. These results are used to calibrate the growth parameters. As part of the project with the CENLETI, we have completed a modelling of the structure reflectivity concerning the active layer influence. We have modelled the excitonic contribution absorption using a Lorentzian model. Experimental PR results are in good agreement with the reflectivity simulation of the structure taking account of the quantum confined Stark effect and electric field effect. If transitions are shifted one regard to the other, an anticrossing behavior appears when the excitonic state is resonant with the Fabry-Pérot cavity mode. Both states are coupled and separated by the Rabi splitting. These mixed states, also called cavity polaritons, can be considered as the result of a periodic oscillation of the energy between the exciton and the photon part of the state. We have performed PR measurements on a VCSEL structure (GaAs/AlGaAs) showing a weak coupling regime with a Rabi splitting of 3. 2meV. The results of simulation are in good agreement with these experimental values. We have also observed a strong coupling regime in a microcavity structure (lnGaAs/AJGaAs/GaAs) with a splitting of 8. 2meV
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Benveniste, Elsa. "Etude du gain des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge." Paris 7, 2009. http://www.theses.fr/2009PA077215.
Abstract:
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 laserQuantum 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
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Platz, Charly. "Lasers à boîtes quantiques InAs/InP émettant à 1. 55 micromètre pour les télécommunications optiques." Rennes, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISARA001.
Abstract:
Ce travail de thèse étudie les lasers à boîtes quantiques InAs/InP à 1. 55 micron pour les télécommunications optiques. Les boîtes quantiques ont des propriétés remarquables du fait de leurs dimensions nanométriques. Le modèle dit "germination-croissance" de croissance des boîtes, prévoyant l'influence des paramètres de croissance sur la formation des boîtes, ainsi que les études menées au laboratoire sont présentées. La structure électronique des boîtes quantiques est déterminée dans l'espace réel, ou dans l'espace réciproque. La seconde approche prend en compte le couplage entre les boîtes dans le plan et avec la couche de mouillage. Cette partie théorique se termine avec l'absorption théorique des boîtes. L'émission laser des boîtes quantiques a été obtenue expérimentalement à température ambiante sous pompage optique et sous pompage électrique. Nous soulignons la complexité du remplissage de la structure électronique des boîtes quantiques, et proposons des méthodes pour l'étudierThis thesis investigates InAs/InP quantum dot laser emitting at 1. 55 micron for optical telecommunication applications. The nanometric scaled dimensions of the dots give quantum dots remarkable properties in between bulk semiconductor and atomic electronic structure configuration. First, a dot "seed-growth" model, allowing to predict the influence of growth parameters on dot formation is presented. Growth parameters are investigated to optimise quantum dot properties. The dot electronic structure is calculated in real space or momentum space. The second takes into account the in-plane coupling effect role of the wetting layer between dots. Theoretical optical absorption spectrum using first calculation method is presented. Laser emission is demonstrated at room temperature under optical injection and under electrical injection. . The end of the chapter proposes methods for analysing the complex filling of localized quantum dot levels
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Nakkar, Abdul Hadi. "Etude des propriétés optiques de boites quantiques InAs/InP (113)B pour des applications lasers." Rennes, INSA, 2009. http://www.theses.fr/2009ISAR0019.
Abstract:
Les boites quantiques InAs/InP(113B) permettent de réaliser des sources laser à des longueurs d'onde d'émission autour de 1,55µm. Après avoir introduit et rappelé quelques propriétés physiques des boites quantiques (BQs), nous exposons l’intérêt de l'étude par photoluminescence et par microscopie AFM de boites de surface et en particulier la corrélation entre leurs propriétés optiques et structurales. Une méthode originale qui permet de diminuer cette dispersion en taille est proposée. Il en découle une faible largeur de raie permettant de mettre en évidence une séparation énergétique nette entre état fondamental et état excité. Différentes solutions sont explorées pour étendre la longueur d'onde d'émission des BQs au delà de 1,6µm. Nous mettons en évidence l'influence du flux d'arsenic sur la taille de boites et sur la longueur d'onde d'émission qui peut atteindre 2µm. Une deuxième voie explorée concerne le couplage vertical entre BQ empilées. Nous montrons qu'il est ainsi possible d'obtenir une longueur d’onde d'émission de 2,46 µm à température ambiante grâce à une structure colonnaire comportant six plans de BQs. L'influence de l'empilement sur la polarisation de l'émission, dans le plan et en mode TE/TM est présentée. Le taux de polarisation dans le plan est corrélé avec la morphologie, l'organisation et la densité des BQs et le couplage vertical entre les boites (dans un empilement des BQs), permet d'atteindre une quasi égalité de l'intensité de luminescence à 1,55µm sur les deux directions de polarisation TE/TM, résultat prometteur pour les amplificateurs insensibles à la polarisationIII-V semiconductor quantum dots (QDs) have attracted much attention during the last twenty years, from fundamental aspects to applications in optoelectronics. InAs/InP(113B) system allows to realise lasers operating in the 1. 55µm window. After a general introduction on physical properties of quantum dots and their method of elaboration by molecular beam epitaxy (MBE) and characterisation by CW photoluminescence (PL), we first emphasis on the study of the correlation of PL and structural atomic force microscopy (AFM) observations on surface QDs (SQDs) grown under various conditions and different GaInAsP buffer layers. The influence of elaboration conditions on capped QD dispersion and morphology is then analysed. A method for improving the QD homogeneity is proposed. A low PL emission linewidth and high PL intensity is reached. Different solutions are then presented to reach emission wavelength above 1,6µm. High arsenic pressure QD growth conditions leads to the formation QDs emitting up to 2µm for a single QD layer. The stacking of 6 QD layers permits to achieve longer wavelength emission (2,46µm) at room temperature. He PL polarisation emission properties of QDs is then analysed, within the QD plane and in TE/TM modes. The in plane polarisation ratio is studied for different QD morphologies. The effect of stacking on the QD morphology, organisation and density shows a clear correlation with polarisation PL observations. The vertical coupling of QDs leads to a quasi equality of TE and TM polarisation modes, which is promising for optical amplification applications
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Caroff-Gaonac'h, Philippe. "Croissance de boites quantiques InAs/Inp (113) B pour les applications en télécommunications optiques." Rennes, INSA, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011186.
Abstract:
Ce travail de thèse porte sur l'étude de la croissance des boîtes quantiques (BQs) d'InAs/InP(113)B en vue d'applications lasers pour les télécommunications optiques à 1. 55 µm. Les BQs sont formées en épitaxie par jets moléculaires selon le mode de croissance Stranski-Krastanow. Les faibles dimensions de ces nanostructures entraînent des propriétés optoélectroniques remarquables. Dans un premier temps nous présentons des modèles dit de "nucléation-croissance", qui permettent de rendre compte de la plupart des résultats expérimentaux. La croissance des BQs est ensuite étudiée en fonction des paramètres de croissance, par des moyens d'analyses structurales et optiques. Nous avons obtenu une évolution originale des BQs avec le flux d'arsenic. Cette spécificité de la croissance sur (113)B a permis l'augmentation de la densité des BQs jusqu'à 1,6 1011 cm-2 et une amélioration de la dispersion en taille. Une nouvelle procédure de croissance en deux étapes, appelée "Double Cap Quaternaire" (DC) a été développée pour contrôler la longueur d'onde d'émission. Cette procédure donne lieu à une amélioration de la dispersion en taille. Une faible largueur de photoluminescence de 40 meV est ainsi obtenue. L'empilement de plusieurs plans de BQs DC Quaternaire est étudié, dans le but d'améliorer les performances lasers. Pour une forte densité les BQs présentent un ordre vertical et une bonne organisation dans le plan de croissance. La fabrication de structures lasers à BQs selon la procédure DC Quaternaire a permis l'obtention de l'émission laser à température ambiante. Les structures à BQs réalisées avec les conditions de croissance optimisées ont conduit à une réduction importante de la densité de courant de seuil avec une valeur record de 190 A/cm2.This thesis deals with the study of InAs quantum dots (QDs) growth on InP(113)B, for laser applications around the 1. 55 µm optical communication wavelength. QDs are formed in Stransky-Krastanow growth mode by molecular beam epitaxy. The main QD changes with the growth parameters reported in literature are briefly reviewed for InAs/GaAs and InAs/P and the experimental trends are discussed in the frame of nucleation/growth models. Then, structural and optical properties of QDs formed on InP(113)B are studied for different growth parameters. A reduction of the arsenic pressure during QD growth leads to a dramatic increase of the density, up to 1. 6 1011cm-2, along with a reduction of the size dispersion. In a other part, we develop a new capping procedure in two steps, named "quaternary Double Cap procedure" (qDC), to control the emission wavelength. This procedure allows also a reduction of height dispersion and a narrowing photoluminescence linewidth to 40 meV. We optimize the QD stacking in order to improve laser performances. At high density, QD present very good vertical and lateral ordering and low size dispersion. Laser structures grown using the qDC procedure show lasing effect at room temperature. Lasers elaborated with low arsenic flux QDs present improved performances. In particular, a record low threshold current density of 190 A/cm2 is achieved
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Rosales, Ricardo. "InAs/InP quantum dash mode locked lasers for optical communications." Phd thesis, Institut National des Télécommunications, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00923176.
Abstract:
This PhD thesis focuses on the study of mode locked laser diodes based on novel optimized InAs Quantum Dash structures grown on InP substrates. It covers several important modelling aspects, the clean room processing of single and two section shallow ridge waveguide lasers, characterization of the fabricated devices and the evaluation of their performance in different application scenarios. Systematic characterization experiments and subsequent analyses have allowed to gain a much deeper comprehension of the physical mechanisms related to the mode locking regime in these devices, thus far not completely understood. This has allowed to better control most of the main physical phenomena limiting device performance, resulting in first demonstrations of record peak power, sub-picosecond pulse, low radio frequency linewidth and high repetition frequency mode locked lasers grown on InP substrates, opening the way to a vast number of potential applications in the 1.55 µm telecommunication window
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Amniat-Talab, Mahdi. "Préparation d'états quantiques dans les systèmes cavité-atome-laser par passage adiabatique : états multi-photoniques et intrication." Dijon, 2005. http://www.theses.fr/2005DIJOS006.
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Virte, Martin. "Two-mode dynamics and switching in quantum dot lasers." Thesis, Supélec, 2014. http://www.theses.fr/2014SUPL0020/document.
Abstract:
Dans cette thèse, j'étudie la dynamique non linéaire résultant d’une compétition entre deux modes dans des systèmes lasers à boites quantiques.D’abord, je considère le cas de la compétition entre deux modes de polarisation apparaissant dans les diodes laser nanostructurées à cavité verticale et émettant par la surface (VCSELs). Il est connu que ces composants peuvent avoir une polarisation instable menant à des dynamiques riches. Récemment, un surprenant saut de mode entre deux états polarisés elliptiquement a été récemment découvert dans les VCSELs à boites quantiques. Ce comportement montre des propriétés intrigantes qui nécessitent une interprétation alternative. Dans cette thèse, je montre que ce comportement dynamique peut-être reproduit en utilisant le modèle spin-flip (SFM). En particulier je démontre et confirme expérimentalement que les sauts de modes sont en réalité des fluctuations chaotiques de faible dimension : un chaos en polarisation. Je démontre ensuite la pertinence de la dynamique chaotique observée pour les applications exploitant le chaos optique, en réalisant un générateur de nombres aléatoires à grande vitesse basé sur le chaos en polarisation.Deuxièmement, j'étudie les effet d'une rétroaction optique à délai sur les lasers à boites quantiques émettant simultanément depuis l'état fondamental et le premier état excité. Je clarifie l'impact the cette rétroaction optique ainsi que les mécanismes et bifurcations correspondantes. Je montre théoriquement qu'une rétroaction optique favorise globalement l'émission par l'état fondamental, mais aussi qu'un tel montage peut être utilisé pour commuter entre ces deux modes d'émission lorsque l'on change le taux ou le délai de la rétroaction. Enfin, je confirme ces observations expérimentalement, en rapportant des commutations entre l'état fondamental et l'état excitéIn this thesis, I study the nonlinear dynamics induced by the competition between two modes in quantum dot laser systems.First, I focus on the competition between polarization modes that takes place in quantum dot vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs). It is well-known that these devices can exhibit polarization instabilities leading to rich dynamical evolution. Recently, a new peculiar random-like hopping between two non-orthogonal elliptically polarized states has been highlighted in QD VCSELs. This behavior shows intriguing features which clearly call for a different interpretation. In this thesis, I show that the dynamical behavior reported experimentally can accurately be reproduced within the spin-flip model (SFM) framework. In particular, I demonstrate and confirm experimentally that the peculiar random-like hoppings are in fact deterministic low-dimensional chaotic fluctuations, i.e. ``Polarization Chaos''. I then make a proof-of-concept demonstration of a high-speed random bit generator based on polarization chaos, hence demonstrating that the chaotic dynamics uncovered is relevant for optical chaos-based applications.Secondly, I investigate the effects of an external optical feedback on quantum dot lasers emitting simultaneously from the ground and the excited states. I bring new light on the impact of optical feedback and the corresponding mechanisms and bifurcations. I highlight theoretically that optical feedback globally favors the ground state emission, but also that it can be used to switch from one mode to the other when changing the feedback rate and/or the time-delay. In addition, I experimentally report switching between the ground and excited states when varying the external cavity length at the micrometer scale, which supports the theoretical predictions
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Calvar, Ariane. "Design, engineering and processing of QC Lasers for high frequency modulation." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077267.
Abstract:
Les lasers à cascade quantique (QCLs) sont des dispositifs unipolaires dans lesquels la transition radiative se fait entre niveaux confinés de la bande de conduction de puits quantiques semi-conducteurs. Cette thèse porte sur l'étude de ces sources dans le moyen infrarouge. Deux axes de recherche principaux ont été abordés au cours de ces travaux de thèse. Le premier porte sur la conception, la fabrication et la caractérisation de QCLs à ruban crûs par MOCVD. Grâce à un procédé de fabrication optimisé, nous démontrons des courants de seuil à l'état de l'art ainsi qu'une amélioration des performances thermiques en continu. Par ailleurs, nous avons mené une étude systématique basée sur la caractérisation des échantillons après croissance afin de calculer la structure de bande réelle et la relier aux performances laser mesurées. Cela nous a permis d'optimiser les conditions de croissance MOCVD afin d'obtenir de meilleures performances en réduisant les pertes issues de la région active. La seconde partie de ce travail de thèse porte sur la fabrication d'un dispositif intégré pour la modulation directe en amplitude des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge. Nous présentons un guide de type micro-ruban pour les micro-ondes intégré-avec la région active du QCL dans lequel les performances laser sont préservées tout en obtenant une réponse en fréquence plate jusqu'à 15 GHz à 77 K. En injectant un signal RF externe près de la fréquence d'aller-retour d'un photon dans la cavité à 13. 7 GHz, nous démontrons que nous pouvons verrouiller cette fréquence à celle du signal RF injecté sur une gamme de fréquence de l'ordre du MHzQuantum cascade lasers (QCLs) are unipolar semiconductor lasers based on intersubband transitions that cover a large portion of the mid and far-infrared electromagnetic spectrum. This work focuses on the study of sources emitting in the mid-infrared range. Two main research lines have been followed in this work. The first one involves the design, fabrication and characterization of high performance ridge QC lasers grown by MOCVD. State-of-the-art threshold current density values are reported around 7. 5 and 9 pm, along with improved thermal performances in CW operation thanks to an optimized fabrication process. To get these results, an optimization work has also been carried out on the MOCVD growth conditions based on systematic post-growth characterization of the epitaxial samples to calculate the real band structure and relate it to the measured laser performances. Improved laser performances could be obtained by reducing the losses originating from the active region thanks to a better control of the growth. The other focus of this work is the fabrication of a mid-infrared QC laser monolithically integrated within a microwave microstrip line for high frequency modulation. By merging microwave and semiconductor laser technologies, we have demonstrated a flat frequency response up to 15 GHz for a device operating at 77 K and emitting at 9 pm. Laser performances are preserved and comparable to state-of-the-art devices. Direct modulation of the QCL embedded into microstrip line at the laser round trip frequency at 13. 7 GHz is investigated and injection-locking of the laser modes to an external RF synthesizer is demonstrated over the MHz range
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Dontabactouny, Madhoussoudhana. "Lasers à blocage de modes à base de fils et de boîtes quantiques pour les télécommunications optiques." Phd thesis, INSA de Rennes, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00630247.
Abstract:
La génération d'impulsions courtes et de fréquence de répétition élevée est une fonction essentielle dans les systèmes de communication modernes. De plus, un faible niveau de bruit est requis afin d'avoir des systèmes performants. Les lasers à semiconducteurs à blocage de modes permettent justement d'émettre des impulsions subpicosecondes à des fréquences supérieures à plusieurs centaines de GHz. L'utilisation d'une nouvelle génération de structures à fils ou boîtes quantiques, pour la réalisation des zones actives de ces lasers, a conduit à des impulsions très courtes et de haute fréquence avec de très faibles niveaux de bruits, inférieurs à ceux mesurés sur les structures usuelles à puits quantiques. Le laboratoire CNRS Foton-INSA a une expérience de longue date dans la croissance de fils et de boîtes quantiques de haute qualité en InAs sur substrat d'InP. Le but de cette thèse a été d'expérimenter ces structures pour la réalisation de lasers à blocage de modes. Dans un premier temps ces structures ont été caractérisées par des techniques de mesure de photoluminescence et d'électroluminescence afin de sélectionner les plus adaptées pour la réalisation de lasers monomodes à deux sections, l'une amplificatrice et l'autre à absorption saturable afin d'initier le blocage de modes. Les lasers à boîtes quantiques ont présenté un comportement instable. Il s'agit d'une bifurcation du pic d'émission optique vers deux directions dont l'écart augmente avec le courant d'injection. L'origine de ce phénomène a été attribuée à des groupes de boîtes quantiques caractérisées probablement par leur différence de taille. Le blocage de modes a effectivement été obtenu dans des lasers à fils quantiques à une fréquence de 10,6 GHz et de 41 GHz. La caractérisation des impulsions a révélé une forte dérive en longueur d'onde de celles-ci. En effet, une fibre optique monomode d'environ 545 m a été nécessaire pour compresser ces impulsions et atteindre une durée aussi courte qu'une picoseconde. Le niveau de bruit de ces lasers s'avère être 30 fois plus faible que le niveau le plus bas mesuré sur les composants à puits quantiques.
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Rosales, Ricardo. "InAs/InP quantum dash mode locked lasers for optical communications." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2012. http://www.theses.fr/2012TELE0039.
Abstract:
Cette thèse s’est concentrée sur l’étude des lasers à blocage de modes destinés à la fenêtre de télécommunication de 1,55 µm et à base de bâtonnets quantiques dont la croissance a été réalisée sur des substrats d’InP. Un des principaux objectifs de ce travail de thèse a consisté à apporter de nouveaux éléments permettant de mieux appréhender les aspects physiques sous-tendant le mécanisme du ML dans ces dispositifs. En effet, une meilleure compréhension du comportement intrinsèque de ces dispositifs et la façon dont ils sont affectés par des facteurs externes, qui pourraient être présents dans les conditions réelles d’utilisation, est cruciale pour leur intégration dans des technologies futures. Un deuxième objectif majeur de ce travail a consisté à démontrer le potentiel d’exploitation de ces dispositifs dans différents scenarii d’applicationsThis PhD thesis focuses on the study of mode locked laser diodes based on novel optimized InAs Quantum Dash structures grown on InP substrates. It covers several important modelling aspects, the clean room processing of single and two section shallow ridge waveguide lasers, characterization of the fabricated devices and the evaluation of their performance in different application scenarios. Systematic characterization experiments and subsequent analyses have allowed to gain a much deeper comprehension of the physical mechanisms related to the mode locking regime in these devices, thus far not completely understood. This has allowed to better control most of the main physical phenomena limiting device performance, resulting in first demonstrations of record peak power, sub-picosecond pulse, low radio frequency linewidth and high repetition frequency mode locked lasers grown on InP substrates, opening the way to a vast number of potential applications in the 1.55 µm telecommunication window
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Lacour, Xavier. "Information Quantique par Passage Adiabatique : Portes Quantiques et Décohérence." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00180890.
Abstract:
La première partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration théorique deprocessus adiabatiques permettant l'implémentation de portes logiques
quantiques, les constituants élémentaires des ordinateurs quantiques, par
l'interaction de champs laser impulsionnels avec des atomes. L'utilisation de
techniques adiabatiques permet des implémentations robustes, i.e. insensibles
aux fluctuations des paramètres expérimentaux. Les processus décrits dans cette
thèse ne nécessitent que le contrôle précis des polarisations et des phases
relatives des champs lasers. Ces processus permettent l'implémentation d'un
ensemble universel de portes quantiques, autorisant l'implémentation de toute
autre porte quantique par combinaisons.
La seconde partie de cette thèse concerne les effets de la décohérence par
déphasage sur le passage adiabatique. La formule de probabilité de transition
d'un système à deux niveaux tenant compte de ces effets décohérents est établie.
Cette formule est valable dans les différents régimes, diabatique et
adiabatique, et permet d'établir les paramètres de trajectoires elliptiques
optimisant le transfert de population.
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Huang, Heming. "Optical nonlinearities in quantum dot lasers for high-speed communications." Electronic Thesis or Diss., Paris, ENST, 2017. http://www.theses.fr/2017ENST0012.
Abstract:
L’évolution actuelle des systèmes de communications optiques est telle que la circulation d’information n’est plus exclusivement limitée par les liens longues distances transocéaniques ou par les réseaux cœurs. De nombreuses applications courtes distances comme les réseaux d’accès où les débits des systèmes amenant la fibre chez l’abonné doivent être maximisés et les connexions internes et externes des centres de données transportent un trafic de données important produit en partie par les applications de type « Big Data ». Les critères imposés par ces nouvelles architectures notamment en termes de coût et consommation énergétique doivent être pris en compte en particulier par le déploiement de nouveaux composants d’extrémités. Grâce au très fort confinement des porteurs, les lasers à boites quantiques constituent une classe d’oscillateurs présentant des caractéristiques remarquables notamment en termes de courant de seuil et de stabilité thermique. En particulier, l’application d’une perturbation optique externe permet d’exploiter les nonlinéarités optiques des boîtes quantiques pour la réalisation de convertisseurs en longueur d’onde performants ou de transmetteurs à haut-débit fonctionnant sans isolateur optique. Ce dernier point est particulièrement critique dans les réseaux courtes distances où l’utilisation de sources modulées directement reste une solution technologique importante.Ce travail de thèse réalisé sur des structures lasers à base d’Arséniure de Gallium (GaAs) et de Phosphure d’Indium (InP) montre la possibilité d’améliorer l’efficacité de conversion non-linéaire par injection optique et de générer de nombreuses dynamiques dans des oscillateurs rétroactionnés et émettant sur différents états quantiques. Par ailleurs, le déploiement massif des systèmes cohérents mais également la conception des futures horloges atomiques sur puces nécessite l’utilisation de sources optiques à faible largeur de raie et ce afin de limiter la sensibilité de la réception au bruit de phase du transmetteur et de l’oscillateur local et induire un taux d’erreur binaire important. La conception de laser à faible largeur spectrale constitue un autre objectif de ce travail thèse. Les avantages de la technologie boites quantiques ont été mis à profit pour d’atteindre une largeur spectrale de 160 kHz (100 kHz en présence de rétroaction optique) ce qui est de première importance pour les applications susmentionnéesThe recent evolution of optical communication systems is such that the transfer of massive amounts of information is no longer limited to long-distance transoceanic links or backbone networks. Numerous short-reach applications requiring high data throughputs are emerging, not only in access networks, where upgrades of the bit rate of fiber-to-the-home systems need to be anticipated, but also in data center networks where huge amounts of information may need to be exchanged between servers, in part triggered by the rise of big data applications. The new requirements in terms of cost and energy consumption set by novel short-reach applications therefore need to be considered in the design and operation of a new generation of semiconductor laser sources. Owing to the tight quantum confinement of carriers, quantum dot lasers constitute a class of oscillators exhibiting superior characteristics such as a lower operating threshold, a better thermal stability as well as larger optical nonlinearities. The investigation of quantum dot lasers operating under external perturbations allows probing such optical nonlinearities in the view of developing all-optical wavelength-converters with improved performance as well as optical feedback-resistant transmitters. This last point iseven more critical since it is expected that short-reach links making use of directly modulated sources will experience massive deployment in the near future, in contrast to conventional backbone links where the number of required optoelectronic interfaces remains relatively modest. In order to do so, the thesis reports on novel findings in GaAs- and InP-based quantum dot lasers such as improved bandwidth and conversion efficiency under optical injection and various complex dynamics with delayed quantum dot oscillators emitting on different lasing states. Last but not the least, the massive deployment of coherent systems as well as the realization of future chip-scale atomic clocks require the implementation of optical sources with narrow spectral linewidth otherwise the sensitivity to the phase noise of both transmitters and local oscillators can strongly affect the bit error rates at the receiver. This is another objective to be addressed in the thesis where the benefits of the quantum dot technology has allowed to reach a spectral linewidth as low as 160 kHz (100 kHz under optical feedback) which is of paramount importance not only regarding the aforementioned applications
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De, Naurois Guy-Maël. "Combinaison monolithique de lasers à cascade quantique par couplage évanescent." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829111.
Abstract:
Au cours des dix dernières années, les performances des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge ont connu une progression rapide: Les rendements ont atteint des valeurs supérieures à 20% avec une puissance d'émission de 5W en régime continu, à température ambiante. Ces valeurs ont été atteintes notamment grâce à la diminution de la sensibilité des lasers à l'échauffement, avec des températures caractéristiques T0 s'approchant de 300K. Les performances sont donc actuellement limitées par la puissance injectée, qui est proportionnelle à la taille de la zone de gain. Les travaux de cette thèse présentent une solution innovante, consistant à combiner un réseau d'émetteurs de petites tailles de façon monolithique. Nous démontrons expérimentalement pour la première fois, des dispositifs jusqu'à 32 émetteurs de 2µm de larges, émettant en phase par couplage évanescent. De plus, nous mettons en évidences des résistances thermiques record. Ces résultats mettent en évidence la possibilité de fabriquer des sources de hautes puissances (supérieures à 10W) dans le moyen-infrarouge avec une très bonne qualité de faisceau.
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Zhao, Shiyuan. "Noise, Dynamics and Squeezed Light in Quantum Dot and Interband Cascade Lasers." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAT044.
Abstract:
Les lasers à semiconducteurs sont devenus omniprésents aussi bien dans la recherche scientifique que dans les applications en ingénierie, et leur miniaturisation a fait d'importants progrès depuis leur première démonstration en 1960. Deux avancées majeures dans ce domaine incluent les lasers à boîtes quantiques (QD), qui opèrent dans la plage de longueurs d'onde proche de l'infrarouge, et les lasers à cascade interbande (ICL), conçus pour une utilisation dans le moyen infrarouge. Dans le paysage actuel de l'optoélectronique, les circuits intégrés photoniques (CIP) jouent un rôle essentiel et étendu. Ils offrent une évolutivité inégalée, un poids réduit, une rentabilité et une efficacité énergétique en permettant la fabrication de systèmes optiques complets à l'aide de blocs de construction polyvalents intégrés sur une seule puce. Dans ce contexte, la croissance épitaxiale directe de matériaux III-V sur du silicium offre des perspectives prometteuses en tant qu'approche convaincante pour le développement de sources laser cohérentes. Les lasers à boîtes quantiques, avec leur confinement ultime des porteurs en trois dimensions, leur grande stabilité thermique et leur tolérance robuste aux défauts épitaxiaux, sont des candidats prometteurs pour servir de sources laser sur puce. De plus, les ICL sont également bien adaptés à l'intégration dans le silicium, ce qui en fait des candidats idéaux pour les systèmes compacts de détection chimique. Les considérations liées au bruit sont en effet primordiales lorsqu'il s'agit d'évaluer la qualité et la fiabilité des cette technologie. Atteindre la limite du bruit de grenaille et la largeur de raie de Schawlow-Townes a longtemps été reconnu comme des étapes significatives. Pour résoudre les problèmes de bruit, toute une gamme de techniques de réduction du bruit a été explorée, allant de la rétroaction optique passive dans une cavité externe aux mécanismes actifs de rétroaction électronique visant à compenser les fluctuations du courant d'injection. Cependant, bien que les systèmes de rétroaction puissent atténuer le bruit du laser, ils peuvent également introduire des dynamiques non linéaires plus complexes, donnant lieu à des phénomènes tels que l'oscillation périodique, l'oscillation en créneaux et le chaos. La première partie de cette thèse porte sur une investigation approfondie du bruit et de la dynamique dans deux types de lasers distincts. On constate que les lasers à boîtes quantiques présentent un degré élevé de robustesse lorsqu'ils sont exposés à des réflexions optiques parasites, mais manifestent une sensibilité accrue à la rétroaction optoélectronique. En revanche, les ICL affichent une gamme de comportements dynamiques lorsqu'ils sont soumis à une rétroaction optique. De plus, les récents progrès dans les circuits de pompage à faible bruit pour les lasers ont conduit à la génération de lumière comprimée en amplitude. Il s'agit d'une transition du bruit classique au bruit quantique, ouvrant de nouvelles possibilités dans le domaine de la technologie laser et de l'optique quantique. La deuxième partie de cette thèse se penche sur le phénomène de la compression en amplitude à la fois dans les lasers à boîtes quantiques et dans les ICL. Les résultats indiquent que les deux types de lasers peuvent présenter une large bande passante de compression et un niveau significatif de compression. Toutes ces conclusions dans cette étude contribuent à une compréhension plus profonde des caractéristiques des lasers à boîtes quantiques et des ICL, jetant les bases du développement de sources émettrices classiques et quantiques de haute performance sur des CIP à l'avenirSemiconductor lasers have become ubiquitous in both scientific research and engineering applications, and their miniaturization has made significant strides since their initial demonstration in 1960. Two prominent advancements in this domain include quantum dot (QD) lasers, which operate in the near-infrared wavelength range, and interband cascade lasers (ICLs), designed for mid-infrared operation. Two prominent advancements in this domain include quantum dot (QD) lasers, which operate in the near-infrared wavelength range, and interband cascade lasers (ICLs), designed for mid-infrared operation. In the current landscape of optoelectronics, photonic integrated circuits (PICs) play a pivotal and far-reaching role. They offer unmatched scalability, reduced weight, cost-effectiveness, and energy efficiency by enabling the fabrication of complete optical systems using versatile building blocks seamlessly integrated onto a single chip. In this context, the direct epitaxial growth of III-V materials on silicon holds promise as a compelling approach for the development of coherent laser sources. QD lasers with their ultimate three-dimensional carrier confinement, high thermal stability, and robust tolerance for epitaxial defects are promising candidates for serving as on-chip laser sources. Additionally, ICLs are also well-suited for integration into silicon, making them ideal for compact chemical sensing systems. Noise considerations are indeed paramount when it comes to assessing the quality and reliability of technologies. Achieving the shot noise limit and the Schawlow-Townes linewidth has long been recognized as significant milestones. To tackle noise issues, a range of noise reduction techniques has been explored, encompassing passive optical feedback within an external cavity and active electronic feedback mechanisms to compensate for injection current fluctuations. However, while feedback systems can mitigate laser noise, they can also introduce more intricate nonlinear dynamics, giving rise to phenomena like periodic oscillation, square-wave oscillation, and chaos. The first part of this thesis involves an in-depth investigation into noise and dynamics in two distinct laser types. QD lasers are found to exhibit a high degree of robustness when exposed to parasitic optical reflections but manifest increased sensitivity to optoelectronic feedback. Conversely, ICLs display a spectrum of dynamic behaviours when subjected to optical feedback. Furthermore, recent advancements in low-noise pumping circuits for lasers have led to the generation of amplitude-squeezed light. This represents a transition from classical noise to quantum noise, opening up new possibilities in the field of laser technology and quantum optics. The second part of this thesis delves into the phenomenon of amplitude squeezing in both QD lasers and ICLs. The findings indicate that both types of lasers can exhibit broadband squeezing bandwidth and a significant level of squeezing. All these outcomes in this study contribute to a deeper comprehension of the characteristics of QD lasers and ICLs, laying the groundwork for the development of high-performance classical and quantum emitters on PICs in the future
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Maurin, Isabelle. "Étude du bruit quantique dans les lasers à semi-conducteurs (VCSELs et diodes laser)." Paris 6, 2002. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001605.
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Ababou, Soraya. "Etude des défauts profonds par des méthodes capacitives dans des super-réseaux et puits quantiques GaAs-GaAlAs." Lyon, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAL0022.
Abstract:
Nous avons appliqué des mesures de spectroscopie capacitive (DLTS) et optique à la cratérisation du centre DX dans des super réseaux (SR) GaAs-AlAs et dans des alliages GaAIAs dopés silicium et épitaxies par jets moléculaires. Nous montrons que le DX qui apparaît sur les SR GaAs-AlAs est dû à la présence de silicium dans les couches A1As, lequel forme le niveau DX de plus basse énergie relativement au minimum de la bande de conduction de GaAs, en limitant la diffusion de silicium dans les barrières AlAs, et en choisissant les les épaisseurs des puits et barrières telles que le centre DX devienne résonant dans la mini bande. Dans la seconde partie nous avons étudié l'émission d'électrons à partir de puits quantiques GaAs confiné soit par un alliage GaAlAs soit par un super-réseau GaAs-GaAlAs. Le puits agit tel un piège géant en capturant et en émettant des porteurs par dessus la barrière définie par la discontinuité de bandes. Les pics DLTS traités de façon classiqoe ne permettent pas de tirer une valeur de la discontinuité de bande. Cette dernière peut être déterminée à partir de mesures de spectroscopie d'admittance et une répartition de la discontinuité de bande est trouvée en bon accord avec la valeur admise actuellement Nous avons aussi caractérisé des défauts dans des super-réseaux GaAs-GaAlAs de différentes périodes épitaxies en phase vapeur à partir d’organométallique. Les résultats sont interprétés suivant qu'il existe dans la structure une mini bande ou que les puits sont découplésThe aim of this study is to characterize deep levels in GaAs-GaAlAs super lattices and to determine the band offset of this system by studying a quantum wells which acts as a trap. In the first part of this Work, deep level transient spectroscopy and photo luminescence measurements have been used to characterize DX centres in Si-doped GaAs-AlAs super lattices and Si-doped GaAlAs alloys grown by molecular beam epitaxy. We have shown that the DX centre appears in the AlAs layer with an energy of 0. 42eV, the same as in the GaAlAs alloys. In the GaAs-AlAs super lattices the DX is detected only when the silicon lies in the AlAs barriers. The DX in this case has the lowest state energy relatively to the GaAs conduction band minimum, while the DX in the GaAs layers is resonant with the conduction mini band. It is possible to reduce the DX concentration by a selective doping of the GaAs layers in the super lattice, by limiting the diffusion of the silicon towards the adjacent layers. In the second part, we have characterized the electron emission from a GaAs quantum well confirmed by GaAlAs layers, and from an enlarged quantum well in GaAs-GaAlAs super lattices. We have find a hetero junction band discontinuities in agreement With the value determined by other methods. The deep levels have been characterized in GaAs-GaAlAs super lattices grown by organometallic vapour phase deposition and the shape of the spectra depends on whether the emission takes place towards the mimi band conduction or towards the GaAs or GaAlAs conduction bands
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Drachenko, Oleksiy. "Resonance Magnetophonon Inter Sous-Bandes dans les Structures Unipolaires à Cascades Quantiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008037.
Abstract:
Cette thèse aborde la problématique de la durée de vie des électrons dans des puits quantiques unipolaires soumis à un fort champ magnétique selon l'axe de confinement. Plus particulièrement, le blocage de l'émission de phonons optiques longitudinaux en régime de confinement des électrons à 0-dimension est clairement démontré par la mise en évidence d'oscillations quantiques de la durée de vie. Cet effet est baptisé « résonance magnétophonon inter sous-bandes ». Le blocage de l'émission de phonons LO a été détecté sur la mesure de l'intensité de lasers à cascades quantiques GaAs/GaAlAs, émettant dans le moyen infra rouge autour de 10 µm, soumis à un champ balayé jusqu'à 60T. Le champ magnétique confine les électrons sur des orbites cyclotron, et transforme la dispersion quadratique de l'énergie des sous-bandes en niveaux de Landau discrets. Les oscillations de magnétophonons ont été également trouvées sur la magnétorésistance de la structure. La résonance magnétophonon inter sous-bande réalise une spectroscopie directe des modes de phonons pertinents pour la relaxation inter sous-bande. Entre autres, une contribution des modes de phonon LO de AlAs a été observée tandis que l'intervention attendue de modes confinés n'est pas apparue. La durée de vie inter sous-bandes en fonction du champ magnétique, obtenue par une méthode proposée, est comparée aux prévisions récentes d'un modèle de couplage fort électron-phonon (magnéto polarons). En conclusion, ces travaux ont dégagé des résultats et un nouvel outil performant de spectroscopie de phonons et de diagnostic des interactions électron-phonon dans un système à zéro dimension, analogue à un système de boites quantiques.
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Belahsene, Sofiane. "Lasers moyen infrarouge innovants pour analyse des hydrocarbures." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20166/document.
Abstract:
L'objectif de cette thèse, réalisée dans le cadre du contrat européen Senshy, était la réalisation de diodes laser émettant dans le moyen infrarouge (de 3,0 à 3,4 µm). Ces diodes sont destinées à intégrer des détecteurs et des systèmes d'analyse de gaz basés sur le principe de la spectroscopie d'absorption (TDLAS) pour la détection des alcanes (méthane, éthane, propane) et des alcènes (acétylène). Les structures à puits quantiques de type I ont été réalisées par épitaxie par jets moléculaires sur GaSb.Bien qu'ayant d'excellentes performances dans la gamme 2,0-3,0 µm, les lasers GaInAsSb/AlGaAsSb montrent rapidement leurs limites en franchissant la frontière des 3 µm (la longueur d'onde la plus haute atteinte avec un tel composant est de 3,04 µm en continu à 20°C). Cette situation était d'autant plus regrettable que plusieurs gaz ont leurs raies d'absorption au-delà de 3 µm : le méthane par exemple a un pic d'absorption à 3,26 µm 40 fois plus fort que celui à 2,31 µm. En remplaçant le quaternaire AlGaAsSb par le quinaire AlGaInAsSb, nous avons montré que l'on pouvait améliorer l'efficacité quantique interne et avons obtenu des densités de courant de seuil à 2,6, 3,0 et 3,3 µm qui pouvaient être comparées favorablement aux précédents records à ces longueurs d'onde (respectivement, 142 A/cm², 255 A/cm² et 827 A/cm²).Les diodes laser DFB fabriquées à partir des structures epitaxiées ont permis d'atteindre l'émission laser à température ambiante en continu à 3,06 µm avec un caratère mono-fréquence (SMSR supérieur à 30 dB) et un courant de seuil de 54 mA. À 3,3 µm, les diodes DFB fonctionnent en continu jusqu'à 18°C avec un SMSR > 30dB et un courant de seuil de 140 mA. Finalement, ces diodes ont été intégrées dans un système d'analyse de gaz et ont permis d'atteindre une limite de concentration du méthane de 100 ppbv soit 17 fois moins que la concentration du méthane dans l'air ambiantThe objective of this thesis, conducted as part of the European contract Senshy, was the realization of laser diodes emitting in the mid-infrared range (from 3.0 to 3.4 µm). These devices are to be integrated into detectors and gas analysis systems based on the principle of absorption spectroscopy (TDLAS). for the detection of alkanes (methane, ethane, propane) and of alkenes (acetylene). The quantum well type-I structures were made by molecular epitaxy on GaSb. Despite having excellent performance in the 2 to 3 µm range, GaInAsSb/AlGaAsSb quantum well lasers rapidly show their limits when crossing the 3 µm barrier (the highest wavelength reached with such a device was 3.04 µm under cw operation at 20°C). This situation was all the more regrettable because several gases have their strongest absorption lines in the 3 to 4 µm range: methane, for example, has a peak of absorption at 3.26 µm overhanging a weaker peak at 2.31 µm by a factor 40. By replacing the quaternary AlGaAsSb by the quinary AlGaInAsSb, we have shown that the internal efficiency could be improved and we have obtained threshold current densities at 2.6 , 3.0 and 3,3 µm that could be favourably compared to the previous records at these wavelengths (respectively, 142 A/cm², 255 A/cm² and 827 A/cm²).DFB laser diodes made from the epitaxial structures were operated at room temperature in the continuous wave regime at 3.06 µm with a single-frequency emission (SMSR greater than 30dB) and a threshold current of 54 mA. At 3.3 µm, DFB devices were operated in cw up to 18 ° C with a SMSR > 30 dB and a current threshold of 140 mA. Eventually, these devices were integrated into a gas analysis system and allowed to reach a concentration limit of 100 ppbv of methane, i.e. 17 times less than the concentration of methane in the air
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Leymarie, Hélène. "Modélisation de diodes laser à puits quantiques contraints GaInAs émettant dans la gamme des 980 nm." Toulouse 3, 1994. http://www.theses.fr/1994TOU30173.
Abstract:
Les travaux reportes dans ce memoire concernent les methodes de modelisation et de conception des diodes laser a puits quantiques contraints gainas emettant dans la gamme des 980 nm, dispositifs tout particulierement adaptes au pompage des amplificateurs optiques a fibre de silice dopee erbium utilises dans les telecommunications optiques a longues distances. Le logiciel cadilac (conception de diodes laser a puits quantiques contraints), qui a ete developpe dans ce but, permet de determiner a partir des parametres structuraux du composant la caracteristique gain-courant, la longueur d'onde d'emission, la densite de courant de seuil, les diagrammes de champ proche et de champ lointain. Le modele qui sous-tend ce logiciel prend en compte l'influence de la contrainte sur la modification de la largeur de bande interdite et sur la forme des differentes bandes de valence du materiau puits, les effets de renormalisation de bande interdite, les effets de relaxation intrabande sur l'elargissement du spectre de gain. Cet outil de conception est mis en uvre pour l'etude des proprietes de diodes laser gainas/gaas/gaalas afin d'en deduire les types de structures presentant les meilleurs compromis densite de courant de seuil faible divergence du diagramme de rayonnement moindre sensibilite aux dispersions technologiques des parametres structuraux. Il est aussi utilise pour l'analyse de composants de type gainas/gainasp/gainp, qui ne comportent aucun alliage a base d'aluminium en vue d'accroitre leur fiabilite: une attention particuliere est portee a l'analyse de l'influence de la composition de l'alliage gainasp de barriere en vue d'optimiser le confinement des porteurs dans le puits et la divergence du diagramme de rayonnement sans penaliser la valeur de la densite de courant de seuil. Enfin une comparaison theorie-experience concernant la longueur d'onde d'emission, le courant de seuil, la divergence du diagramme de rayonnement et portant sur plusieurs series des deux types de dispositifs a permis de valider le bien fonde des modeles theoriques developpes
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Spitz, Olivier. "Mid-infrared quantum cascade lasers for chaos secure communications." Electronic Thesis or Diss., Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLT054.
Abstract:
Les lasers à cascades quantiques (LCQs) sont des lasers semiconducteurs émettant dans le moyen-infrarouge. Ce domaine optique est bien connu pour ses propriétés d'absorption pour de nombreuses molécules et les lasers à cascades quantiques ont déjà fait leurs preuves en spectroscopie. Des expériences de communication en espace libre ont également vu le jour à ces longueurs d'onde et l'objectif de cette thèse était d'explorer plus en détail ce champ d'applications en réalisant une communication sécurisée reposant sur le chaos optique. La thèse avait pour but de préciser de manière expérimentale les conditions optimales (température, courant de pompe, longueur de cavité externe...) pour obtenir du chaos optique afin de l'utiliser dans des applications futures. Durant cette thèse, une transmission sécurisée a été réalisée avec deux LCQs grâce au principe de synchronisation du chaos, ce qui est une première. Cela permet d'entrevoir tout le potentiel offert par ces lasers en terme de communication au moyen-infrarouge, où la transparence de l'atmosphère donne un net avantage aux LCQs comparés aux diodes laser conventionnelles émettant dans le proche infrarouge. En parallèle de ces expériences sur les communications sécurisées, d'autres phénomènes non-linéaires ont également été observés en fonction des conditions d'opération. Ainsi, le phénomène d'entrainement, connu pour les diodes laser, a pu être démontré expérimentalement. Lors d'une réinjection avec rotation de polarisation, il a été possible de voir que le LCQ était capable d'émettre une onde carrée dont la période et le rapport cyclique pouvaient être modifiés en fonction des paramètres du montage. Enfin, la présence d'événements extrêmes, commune à d'autres systèmes optiques et même d'autres systèmes physiques, a également pu être observée, ce qui pourrait être un frein à un système de communication utilisant des LCQs car les événements extrêmes ont tendance à perturber le signal du laser et ainsi à brouiller le message envoyé. L'ensemble de ces résultats expérimentaux a permis une meilleure compréhension des dynamiques non-linéaires présentes dans un LCQ et contribueront à étendre les champs d'application pour ce type de laser moyen-infrarouge qui reste pour le moment restreint à la spectroscopie et aux contre-mesures optiques mais dont le potentiel est très élevéThe mid-infrared domain is a promising optical domain because it holds two transparency atmospheric windows, as well as the fingerprint of many chemical compounds. Quantum cascade lasers (QCLs) are one of the available sources in this domain and have already been proven useful for spectroscopic applications and free-space communications. The purpose of that dissertation is to go one step further by implementing a secure free-space communication relying on optical chaos and consequently, to give an accurate cartography of non-linear phenomena in quantum cascade lasers. Initial efforts about free-space secure chaotic transmission have been carried out during this Ph.D. thesis with two chaos-synchronized QCLs, which is a pioneer result paving the way for mid-infrared private communications. In order to have a global picture about the non-linear dynamics in QCLs under external optical feedback, we tuned many experimental parameters and this allowed us studying new phenomena in QCLs. We thus found similarities between QCLs and laser diodes when the chaotic dropouts are synchronized with an external modulation, known as the entrainment phenomenon. A cross-polarization reinjection technique led to square-wave emission in the output of the QCL. Eventually, we studied the triggering of rogue waves in QCLs. Rogue waves are a quite common phenomenon in optics (among other domains in science) but they have never been triggered on-demand in semiconductor lasers under external optical feedback before. Further studies will try to avoid such phenomenon in the output of a QCL under external optical feedback since it can disturb the message to be transmitted in a secure communication. All these experimental results allowed a better understanding of the non-linear dynamics of QCLs and will extend the potential applications of this kind of semiconductor lasers, which have currently been restricted to molecular spectroscopy and optical countermeasure systems
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Huang, Heming. "Optical nonlinearities in quantum dot lasers for high-speed communications." Thesis, Paris, ENST, 2017. http://www.theses.fr/2017ENST0012/document.
Abstract:
L’évolution actuelle des systèmes de communications optiques est telle que la circulation d’information n’est plus exclusivement limitée par les liens longues distances transocéaniques ou par les réseaux cœurs. De nombreuses applications courtes distances comme les réseaux d’accès où les débits des systèmes amenant la fibre chez l’abonné doivent être maximisés et les connexions internes et externes des centres de données transportent un trafic de données important produit en partie par les applications de type « Big Data ». Les critères imposés par ces nouvelles architectures notamment en termes de coût et consommation énergétique doivent être pris en compte en particulier par le déploiement de nouveaux composants d’extrémités. Grâce au très fort confinement des porteurs, les lasers à boites quantiques constituent une classe d’oscillateurs présentant des caractéristiques remarquables notamment en termes de courant de seuil et de stabilité thermique. En particulier, l’application d’une perturbation optique externe permet d’exploiter les nonlinéarités optiques des boîtes quantiques pour la réalisation de convertisseurs en longueur d’onde performants ou de transmetteurs à haut-débit fonctionnant sans isolateur optique. Ce dernier point est particulièrement critique dans les réseaux courtes distances où l’utilisation de sources modulées directement reste une solution technologique importante.Ce travail de thèse réalisé sur des structures lasers à base d’Arséniure de Gallium (GaAs) et de Phosphure d’Indium (InP) montre la possibilité d’améliorer l’efficacité de conversion non-linéaire par injection optique et de générer de nombreuses dynamiques dans des oscillateurs rétroactionnés et émettant sur différents états quantiques. Par ailleurs, le déploiement massif des systèmes cohérents mais également la conception des futures horloges atomiques sur puces nécessite l’utilisation de sources optiques à faible largeur de raie et ce afin de limiter la sensibilité de la réception au bruit de phase du transmetteur et de l’oscillateur local et induire un taux d’erreur binaire important. La conception de laser à faible largeur spectrale constitue un autre objectif de ce travail thèse. Les avantages de la technologie boites quantiques ont été mis à profit pour d’atteindre une largeur spectrale de 160 kHz (100 kHz en présence de rétroaction optique) ce qui est de première importance pour les applications susmentionnéesThe recent evolution of optical communication systems is such that the transfer of massive amounts of information is no longer limited to long-distance transoceanic links or backbone networks. Numerous short-reach applications requiring high data throughputs are emerging, not only in access networks, where upgrades of the bit rate of fiber-to-the-home systems need to be anticipated, but also in data center networks where huge amounts of information may need to be exchanged between servers, in part triggered by the rise of big data applications. The new requirements in terms of cost and energy consumption set by novel short-reach applications therefore need to be considered in the design and operation of a new generation of semiconductor laser sources. Owing to the tight quantum confinement of carriers, quantum dot lasers constitute a class of oscillators exhibiting superior characteristics such as a lower operating threshold, a better thermal stability as well as larger optical nonlinearities. The investigation of quantum dot lasers operating under external perturbations allows probing such optical nonlinearities in the view of developing all-optical wavelength-converters with improved performance as well as optical feedback-resistant transmitters. This last point iseven more critical since it is expected that short-reach links making use of directly modulated sources will experience massive deployment in the near future, in contrast to conventional backbone links where the number of required optoelectronic interfaces remains relatively modest. In order to do so, the thesis reports on novel findings in GaAs- and InP-based quantum dot lasers such as improved bandwidth and conversion efficiency under optical injection and various complex dynamics with delayed quantum dot oscillators emitting on different lasing states. Last but not the least, the massive deployment of coherent systems as well as the realization of future chip-scale atomic clocks require the implementation of optical sources with narrow spectral linewidth otherwise the sensitivity to the phase noise of both transmitters and local oscillators can strongly affect the bit error rates at the receiver. This is another objective to be addressed in the thesis where the benefits of the quantum dot technology has allowed to reach a spectral linewidth as low as 160 kHz (100 kHz under optical feedback) which is of paramount importance not only regarding the aforementioned applications
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Calo, Cosimo. "Quantum dot based mode locked lasers for optical frequency combs." Electronic Thesis or Diss., Evry, Institut national des télécommunications, 2014. http://www.theses.fr/2014TELE0034.
Abstract:
Les peignes de longueurs d'onde, produisant des dizaines de porteuses optiques régulièrement espacées à partir d'une seule source laser, présentent un grand intérêt pour les systèmes de communication à haut débit. Ce travail de thèse porte sur les peignes générés par les diodes laser à blocage de modes basées sur des nanostructures semi-conductrices à basse dimensionnalité. Dans cette étude, les performances en verrouillage de modes de lasers Fabry-Pérot mono-section basés sur différents systèmes de matériaux sont comparées sur la base de la largeur du spectre optique d'émission et de la capacité à produire des impulsions courtes à faible gigue temporelle. En remarquant que les lasers à base de bâtonnets quantiques InAs sur InP présentent de meilleures caractéristiques par rapport aux autres matériaux examinés, leurs propriétés spécifiques en termes de stabilité des peignes de fréquences optiques et de chirp des impulsions sont étudiées plus en détail. Le chirp est d'abord étudié par la technique FROG (frequency-resolved optical gating). Ensuite, la dispersion chromatique du matériau laser est évaluée afin de vérifier si elle peut expliquer les grandes valeurs de chirp mesurées par FROG. Pour cela la technique de réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel est utilisée et ses capacités uniques de mesure ont été étudiées et validées. Enfin, ces lasers sont employés avec succès pour les transmissions haut débit à l'aide de la technique de modulation optique OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) en détection directe. Débits de l'ordre du térabit par seconde, ainsi que le faible coût de l’architecture du système, sont très prometteurs pour les data centersOptical frequency combs, generating tens of equally spaced optical carriers from a single laser source, are very attractive for next-generation wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. This PhD thesis presents a study on the optical frequency combs generated by mode-locked laser diodes based on low-dimensional semiconductor nanostructures. In this work, the mode-locking performances of single-section Fabry-Pérot lasers based on different material systems are compared on the basis of the optical spectrum width, the timing jitter and pulse generation capabilities. Then, noticing that InAs quantum dashes grown on InP exhibit on average better characteristics than other examined materials, their unique properties in terms of comb stability and pulse chirp are studied in more detail. Laser chirp, in particular, is first investigated by frequency resolved optical gating (FROG) characterizations. Then, chromatic dispersion of the laser material is assessed in order to verify whether it can account for the large chirp values measured by FROG. For that, a high sensitivity optical frequency-domain reflectometry setup is used and its measurement capabilities are extensively studied and validated. Finally, the combs generated by quantum dash mode-locked lasers are successfully employed for high data rate transmissions using direct-detection optical orthogonal frequency division multiplexing. Terabit per second capacities, as well as the low cost of this system architecture, appear to be particularly promising for future datacom applications
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El, Gazouli Mohammed Taoufik. "Conception et modélisation de diodes lasers à InAsSb émettant vers 3. 3 [micro]m." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20127.
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Bengloan, Jean-Yves. "Amélioration des performances des lasers à cascade quantique : étude du confinement optique et des propriétés thermiques." Paris 11, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00084018.
Abstract:
Pour un laser semiconducteur, la démonstration de fonctionnementsen régime continu et à température ambiante est une étape cruciale à franchir pour en faire des dispositifs optoélectronique à part entière. Dans ce but, on cherche à améliorer leur température maximale de fonctionnement en régime continu et à limiter la puissance électrique injectée. Pour répondre à ces deux besoins essentiels, des travaux d'optimisation ont été menés au cours de cette thèse sur des lasers à cascade quantique (LCQ) émettant à lambda~9µm. Une optimisation des guides d'onde des LCQ en GaAs/AlGaAs a été entreprise afin de diminuer les densités de courant de seuil et augmenter les rendements de ces lasers ; grâce à des guides utilisant des couches en AlGaAs ou en GaInP, de nouvelles performances ont été atteintes pour ces lasers. La réalisation d'injection sélective de courant par implantation de protons permet aux LCQ en GaAs/AlGaAs de réduire leurs courants de fonctionnnement, et d'améliorer leur propriétés thermiques. Nous avons expérimenté cette technique sur des LCCQ en GaInAs/AlInAs/InP. L'influence d'une couche épaisse d'or, déposée sur le dessus des guides rubans pour améliorer la dissipation de chaleur, a également été étudiée. Les performances des deux types de LCQ seront comparées et les perspectives sur leur développement seront discutéesRoom temperature continuous-wave (CW) operation is the crucial milestone that promotes a semiconductor laser from an object of research to a device for the world of technology. To achieve this, it is important to increase the maximum CW operating temperature, and to decrease the electrical injected power. The work presented in this thesis investigates these two points to enhance the performance of quantum cascade lasers (QCLs) emitting at lambda~9µm. Waveguide optimisation has been performed on GaAs-based QCLs, to reduce their threshold current and to improve their efficiency. Owing to waveguides with AlGaAs or GaInP cladding layers, new record performances have been obtained for these type of lasers. Selective current injection, realised by proton implantation, is used on GaAs-based QCLs to reduce their operating current and to improve their thermal properties. This technology has been experimented on InP-based QCLs. The benefit of a thick electroplated gold layer, deposit on the top of the ridge devices to improve the heat dissipation, has been also studied. The performances of the two QCLs materials are compared and their future development perspectives are discussed
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Yao, Jun. "Etude des non-linearites optiques et des effets de capture des porteurs dans les lasers semi-conducteurs a puits quantiques." Paris, ENST, 1994. http://www.theses.fr/1994ENST0003.
Abstract:
Les lasers transmetteurs sont des composants cles dans les systemes de communications optiques. Grace a leurs performances superieures, les lasers semi-conducteurs a puis quantiques sont particulierement interessants pour les systemes de communications optiques a hauts debits. Cette these contribue a l'etude du fonctionnement et a l'optimisation structurale des lasers a puits quantiques, ainsi qu'a la recherche d'une nouvelle voie permettant d'ameliorer les performances dynamiques de ces structures. Dans une heterostructure a puits quantiques, la quantification en energie des porteurs dans la direction de croissance conduit a une faible valeur et une forme en escalier de la densite d'etats de porteurs en fonction de l'energie. Ceci permet aux heterostructures a puits quantiques d'avoir un gain optique et un gain differentiel plus importants et un facteur de couplage phase-amplitude plus faible que les heterostructures conventionnelles. Ceci conduit aussi a des non-linearites de gain plus importantes dues au spectral-hole-burning dans les heterostructures a puits quantiques. Du fait du gain important, le courant de seuil dans les lasers a puits quantiques est tres faible et depend fortement de la structure du laser. Une methode d'optimisation structurale des lasers a puits quantiques multiples est proposee afin de minimiser le courant de seuil. Malgre des non-linearites de gain plus importantes, la faible valeur du facteur de couplage phase-amplitude dans les lasers a puits quantiques leur permet d'avoir une largeur spectrale plus faible que celle des lasers conventionnels. Les effets des non-linearites optiques et de capture des porteurs sur la dynamique des lasers a puits quantiques a couches de confinements separees sont etudies. Les non-linearites de gain plus importantes dans les lasers a puits quantiques conduisent a un retrait de leurs performances dynamiques. Le processus de capture quantique des porteurs entraine une reduction du gain differentiel effectif et une augmentation legere des non-linearites effectives de gain. Il est montre que, malgre ceci, le gain differentiel reste toujours plus important dans les lasers a puits quantiques et permet une bande passante de modulation maximum intrinseque tres elevee. Cependant, la bande passante de modultation reelle est limitee par le processus de diffusion des porteurs dans les couches de confinement optique. En tenant compte de tous ces effets, une methode d'optimisation structurale des lasers a puits quantiques multiples a couches de confinements separees est proposee afin d'ameliorer leur bande passante de modulation. L'etude du fonctionnement des lasers a puits quantique unique sur le deuxieme niveau d'energie met en evidence des performances dynamiques superieures par rapport au fonctionnement sur le premier niveau. L'utilisation des lasers a puits quantique unique operant sur le second niveau d'energie est donc proposee comme une methode permettant d'ameliorer les performances dynamiques de cette structure. De nouvelles equations de bloch generalisees pour les semi-conducteurs sont proposees a la fin de ce travail. Elles permettent d'etudier des processus rapides dans les semi-conducteurs.
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PERALES, ANTONINA. "Realisation de lasers puits quantiques a emission monomode a 1,55 micron par epitaxie par jets moleculaires utilisant des sources gazeuses." Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066275.
Abstract:
Ce memoire presente une etude sur la croissance par epitaxie par jets moleculaires sources gazeuses de structures a multipuits quantiques dans le systeme ingaasp/ingaas en vue de realiser des lasers a emission monomode a 1,55 m. Nous avons tout d'abord montre que l'ejmsg est une technique de croissance bien adaptee a l'obtention de couches homogenes aussi bien en epaisseur qu'en composition sur de grandes surfaces (52 mm de diametre: deux pouces). Les structures puits quantiques epitaxiees par ejmsg se caracterisent par des interfaces abruptes et des puits d'epaisseur bien definie, comme le montrent les differentes techniques de caracterisations utilisees. L'optimisation des conditions de croissance des materiaux (temperature du substrat) et de la structure verticale du laser (nombre de puits, epaisseur de la cavite optique) nous ont permis de realiser des lasers a puits quantiques a faible densite de courant de seuil (530 a/cm#2). La realisation de lasers monomodes a demande la maitrise de la croissance sur un substrat dans lequel a ete grave un reseau de diffraction. Nous avons mis au point les conditions de reprise sur reseau, montrant l'importance du nettoyage et du recuit in situ de ces substrats graves. Les lasers ainsi realises se caracterisent par des courants de seuil faibles (20 ma), des puissances eleves (40 mv) et de tres faibles largeurs de raie (<1 mhz). L'ensemble de ces resultats montre la maturite de la technique ejmsg pour la fabrication d'heterostructures puits quantiques a emission monomode
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Perona, Arnaud. "Réalisation par MBE et caractérisation physique de diodes lasers à puits quantiques GaInAsSb/AlGaAsSb émettant vers 2. 3 [micro]m." Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20176.
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Calo, Cosimo. "Quantum dot based mode locked lasers for optical frequency combs." Thesis, Evry, Institut national des télécommunications, 2014. http://www.theses.fr/2014TELE0034/document.
Abstract:
Les peignes de longueurs d'onde, produisant des dizaines de porteuses optiques régulièrement espacées à partir d'une seule source laser, présentent un grand intérêt pour les systèmes de communication à haut débit. Ce travail de thèse porte sur les peignes générés par les diodes laser à blocage de modes basées sur des nanostructures semi-conductrices à basse dimensionnalité. Dans cette étude, les performances en verrouillage de modes de lasers Fabry-Pérot mono-section basés sur différents systèmes de matériaux sont comparées sur la base de la largeur du spectre optique d'émission et de la capacité à produire des impulsions courtes à faible gigue temporelle. En remarquant que les lasers à base de bâtonnets quantiques InAs sur InP présentent de meilleures caractéristiques par rapport aux autres matériaux examinés, leurs propriétés spécifiques en termes de stabilité des peignes de fréquences optiques et de chirp des impulsions sont étudiées plus en détail. Le chirp est d'abord étudié par la technique FROG (frequency-resolved optical gating). Ensuite, la dispersion chromatique du matériau laser est évaluée afin de vérifier si elle peut expliquer les grandes valeurs de chirp mesurées par FROG. Pour cela la technique de réflectométrie optique dans le domaine fréquentiel est utilisée et ses capacités uniques de mesure ont été étudiées et validées. Enfin, ces lasers sont employés avec succès pour les transmissions haut débit à l'aide de la technique de modulation optique OFDM (orthogonal frequency-division multiplexing) en détection directe. Débits de l'ordre du térabit par seconde, ainsi que le faible coût de l’architecture du système, sont très prometteurs pour les data centersOptical frequency combs, generating tens of equally spaced optical carriers from a single laser source, are very attractive for next-generation wavelength division multiplexing (WDM) communication systems. This PhD thesis presents a study on the optical frequency combs generated by mode-locked laser diodes based on low-dimensional semiconductor nanostructures. In this work, the mode-locking performances of single-section Fabry-Pérot lasers based on different material systems are compared on the basis of the optical spectrum width, the timing jitter and pulse generation capabilities. Then, noticing that InAs quantum dashes grown on InP exhibit on average better characteristics than other examined materials, their unique properties in terms of comb stability and pulse chirp are studied in more detail. Laser chirp, in particular, is first investigated by frequency resolved optical gating (FROG) characterizations. Then, chromatic dispersion of the laser material is assessed in order to verify whether it can account for the large chirp values measured by FROG. For that, a high sensitivity optical frequency-domain reflectometry setup is used and its measurement capabilities are extensively studied and validated. Finally, the combs generated by quantum dash mode-locked lasers are successfully employed for high data rate transmissions using direct-detection optical orthogonal frequency division multiplexing. Terabit per second capacities, as well as the low cost of this system architecture, appear to be particularly promising for future datacom applications
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Yarekha, Dmitri. "Etude et réalisation de diodes lasers émettant entre 2,2-2,4 [micro]m pour application à l'analyse de gaz." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20064.
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Alghoraibi, Ibrahim. "Croissance et nanostructures inAs sur substrats InP pour les applications lasers à 1,55 µm en télécommunications optiques." Rennes, INSA, 2008. http://www.theses.fr/2008ISAR0031.
Abstract:
Les nanostructures telles que les boîtes quantiques ont suscité un grand intérêt ces dernières années. L’amélioration des performances des lasers à semi-conducteur motive ces études. Cette thèse porte sur la réalisation des nanostructures InAs sur substrat InP et leur intégration dans les lasers émettant vers 1,55 µm. Dans un premier temps la formation par épitaxie par jets moléculaires de nanostructures InAs sur substrats InP(100) est étudiée. La forme des nanostructures formées en fonction des conditions de croissance est analysée. Des lasers à fils quantiques ont ensuite été fabriqués en incorporant des fils quantiques dans la zone active des lasers. Les performances des composants en termes de courant de seuil sont comparables aux meilleurs résultats reportés dans la littérature. Dans une deuxième partie, des lasers à boîtes quantiques InAs/AlGaInAs ont été élaborés sur substrats InP(311)B. Cette orientation cristalline du substrat permet la formation de boîtes quantiques en grande densité. Un comportement spécifique du courant de seuil (régime de T0 négatif) a été observé. Les mesures complémentaires indiquent que ce comportement peut être interprété en considérant une répartition progressive des porteurs dans l’ensemble des boîtes quantiques avec la températureIn recent years, large interest has been devoted to quantum dot and quantum wire lasers. The main motivation of these research works is the expected improvements of the 1,55 µm emitting laser performances. The work reported in this manuscript concerns InAs nanostructures grown on InP substrates by molecular beam epitaxy. Two types of lasers have been studied. They are based respectively on InAs/GaInAsP quantum dash formed on InP(100) and InAs/AlGaInAs quantum dots grown on InP(311)B substrates. After nanostructure formation studies and optimizations, quantum dashes based laser emitting at room temperature with threshold current density of 375 A/cm2 have been achieved on InP (100) substrates. On (311)B substrates, QD lasers working up to 212 K have fabricated. In this laser, a large decrease of the threshold current from 110 to 140 K is observed. Complementary experiments show that the negative T0 regime can be related to a delayed thermalisation of carriers within quantum dot ensemble
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Jollivet, Arnaud. "Dispositifs infrarouges à cascade quantique à base de semiconducteurs GaN/AlGaN et ZnO/ZnMgO." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS058/document.
Abstract:
Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude et au développement des hétérostructures semi-conductrices à base de GaN et ZnO. Ces matériaux sont particulièrement prometteurs pour le développement de composants optoélectroniques inter-sous-bandes infrarouges et notamment pour les dispositifs à cascade quantique. Ces semiconducteurs possèdent en effet plusieurs avantages pour la conception de dispositifs à cascade, tels qu’une grande discontinuité de potentiel en bande de conduction et une énergie du phonon LO très élevée. Ces propriétés se traduisent par la possibilité de développer des dispositifs couvrant une gamme spectrale allant du proche-infrarouge au térahertz et offrent la possibilité de réaliser des lasers à cascade quantique térahertz fonctionnant à température ambianteThis manuscript focuses on the study and on the development of semiconductor heterostructures based on GaN and ZnO material. These materials are particularly promising for the development of infrared optoelectronic intersubband devices in particular for quantum cascade devices. These semiconductors own several advantages to design quantum cascade devices such as a large conduction band offset and a large energy of the LO phonon. These properties predict the possibility to develop devices covering a large spectral range from near-infrared to terahertz and offer the possibility to realize terahertz quantum cascade lasers operating at room temperature
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Robert, Cédric. "Study of III-V nanostructures on GaP for lasing emission on Si." Thesis, Rennes, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAR1913/document.
Abstract:
Ce travail de thèse porte sur l’étude de nanostructures semi- conductrices III-V pour le développement d’émetteurs laser sur silicium dans une approche pseudomorphique. Une croissance en accord de maille d’alliages à base de GaP ou plus précisément de nitrures dilués GaPN doit garantir une faible densité de défauts cristallins. Le modèle des liaisons fortes à base étendue est tout d’abord présenté afin de simuler les propriétés électroniques et optiques de structures semi-conductrices sur substrats de GaP ou Si. Les propriétés des alliages massifs GaPN et GaAsPN sont étudiées par des expériences de photoluminescence continue en fonction de la température et de photoluminescence résolue en temps. Les potentialités des puits quantiques GaAsPN/GaP en tant que zone active sont étudiées théoriquement par le modèle des liaisons fortes et expérimentalement en spectroscopie de photoluminescence en température et résolue en temps. Les effets de désordre engendrés par l’incorporation d’azote sont notamment mis en évidence. L’alliage AlGaP est ensuite proposé pour les couches de confinement optique des structures laser. Un contraste d’indice optique entre AlGaP et GaP est mesuré par ellipsométrie spectroscopique. Ce contraste doit permettre un confinement efficace du mode optique. Le problème de l’alignement des bandes en présence d’aluminium est ensuite évoqué. L’utilisation de l’alliage quaternaire GaAsPN est proposée pour résoudre ce problème. Enfin, les boites quantiques InGaAs/GaP sont étudiées en tant qu’alternative aux puits quantiques GaAsPN/GaP dans la zone active. Une forte densité de boites quantiques et une émission de photoluminescence à température ambiante sont ainsi obtenues pour ce système. Les états électroniques des boîtes quantiques sont simulés par la technique des liaisons fortes et la méthode k.p. La photoluminescence résolue en temps couplée à des expériences de photoluminescence continue sous pression hydrostatique, permet de montrer que la transition fondamentale de ces boîtes implique majoritairement des états de conduction de type XThis PhD work focuses on the study of III-V semiconductor nanostructures for the development of laser on Si substrate in a pseudomorphic approach. GaP-based alloys and more specifically dilute nitride GaPN-based alloys are expected to guarantee a low density of crystalline defects through a perfect lattice-matched growth. An extended tight-binding model is first presented to deal with the theoretical challenges for the simulation of electronic and optical properties of semiconductor structures grown on GaP or Si substrate. The optical properties of bulk GaPN and GaAsPN alloys are then studied through temperature dependent continuous wave photoluminescence and time-resolved photoluminescence experiments. The potential of GaAsPN/GaP quantum wells as a laser active zone is discussed in the framework of both theoretical simulations (with the tight-binding model) and experimental studies (with temperature dependent and time-resolved photoluminescence). In particular, the N-induced disorder effects are highlighted. The AlGaP alloy is then proposed as a candidate for the cladding layers. A significant refractive index contrast between AlGaP and GaP is measured by spectroscopic ellipsometry which may lead to a good confinement of the optical mode in a laser structure. The issue of band alignment is highlighted. Solutions based on the quaternary GaAsPN alloy are proposed. Finally, the InGaAs/GaP quantum dots are studied as an alternative to GaAsPN/GaP quantum wells for the active zone. The growth of a high quantum dot density and room temperature photoluminescence are achieved. The electronic band structure is studied by time-resolved photoluminescence and pressure dependent photoluminescence as well as tight-binding and k.p simulations. It demonstrates that the ground optical transition involves mainly X-conduction states
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Lecourt, Jean-Bernard. "Etude et réalisation de lasers à fibre auto-impulsionnels àbase d'absorbants saturables." Phd thesis, Université de Rouen, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00130694.
Abstract:
La première partie de la thèse à consisté en l'étude et la réalisation d'un laser à fibre dopée erbium passivement déclenché par un absorbant saturable semiconducteur à multipuits quantiques InGaAs/InP dopé fer. Parallèlement un modèle basé sur les équations cinétiques a été développé et a permis d'expliquer les principales caractéristiques de sortie de notre laser telles que des impulsions asymétriques.Dans une deuxième partie, nous avons réalisé une source laser fonctionnant en régime de verrouillage de modes. Notre laser s'articule autour d'une fibre erbium et d'un absorbant saturable ultra-rapide (~ ps) InGaAs/InP dopé Fer. Dans cette configuration un régime auto-démarrant d'impulsions de durée 700 fs a été démontré grâce à l'utilisation conjointe d'un absorbant saturable et d'effets de polarisation.
La troisième partie de ce travail de thèse a été consacrée à une autre structure non-linéaire ultra-rapide (500 fs) utilisée comme miroir de cavité. Nous avons obtenu des impulsions dont la durée est de 300 fs. Avec la même cavité, un absorbant saturable à base de nanotubes de carbone (NTC) nous a permis d'obtenir un régime de verrouillage de modes présentant une grande stabilité aussi bien en régime de dispersion anormale qu'en régime de dispersion normale. Les performances obtenues sont des impulsions d'énergies supérieures à 150 pJ avec des durées allant de 700 fs (régime anormal) jusqu'à quelques picosecondes (régime normal).
Enfin nous avons réalisé une source laser à fibre à haute énergie fonctionnant en régime déclenché grâce à un absorbant saturable semiconducteur GaAs. Le milieu à gain est une fibre double-gaine dopée ytterbium. Nous avons obtenus des impulsions énergétiques (7 µJ) d'une durée d'environ 1 µs. Ce régime est obtenu sur un domaine d'accord d'environ 30 nm autour de 1,07 µm en restant spatialement monomode.
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Naurois, Guy-Maël de. "Combinaison monolithique de lasers à cascade quantique par couplage évanescent." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112423/document.
Abstract:
Au cours des dix dernières années, les performances des lasers à cascade quantique dans le moyen infrarouge ont connu une progression rapide: Les rendements ont atteint des valeurs supérieures à 20% avec une puissance d’émission de 5W en régime continu, à température ambiante. Ces valeurs ont été atteintes notamment grâce à la diminution de la sensibilité des lasers à l’échauffement, avec des températures caractéristiques T0 s’approchant de 300K. Les performances sont donc actuellement limitées par la puissance injectée, qui est proportionnelle à la taille de la zone de gain. Les travaux de cette thèse présentent une solution innovante, consistant à combiner un réseau d’émetteurs de petites tailles de façon monolithique. Nous démontrons expérimentalement pour la première fois, des dispositifs jusqu’à 32 émetteurs de 2µm de larges, émettant en phase par couplage évanescent. De plus, nous mettons en évidences des résistances thermiques record. Ces résultats mettent en évidence la possibilité de fabriquer des sources de hautes puissances (supérieures à 10W) dans le moyen-infrarouge avec une très bonne qualité de faisceauDuring the last 10 years, the quantum cascade lasers performances in the mid-infrared have been considerably improved: the wall plug efficiency has reached values superior to 20%, with output power up to 5W in continuous wave operation, at room temperature. Those values have been achieved due to the reduction of the temperature sensibility of the lasers, with characteristic temperature T0 reaching 300K. The output power is now limited to the injected power, which is proportional to the gain region size. This thesis reports an innovating solution consisting on beam combining an array of narrow emitters, monolithically. We experimentally demonstrate for the first time devices of up to 32 emitters of 2µm width emitting in phase by evanescent coupling. Moreover, we show record thermal resistance. Those results highlight the possibility to fabricate high power sources (superior to 10 W) in the mid-infrared, with a good beam quality
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Loghmari, Zeineb. "Lasers à cascades quantiques InAs / AISb au-delà de 10µm : émission mono-fréquence et génération du THz par différence de fréquences." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS088.
Abstract:
Des applications telles que la spectroscopie des gaz ou l’imagerie médicale nécessitent des sources de lumières émettant dans l’infrarouge moyen et lointain (10 µm<λ < 28 µm) ainsi que dans le THz (λ > 60µm). Des composants à émission mono-fréquence, fonctionnant en régie continu (CW) et performants sont primordiales pour ce type d’applications. Les lasers à cascade quantiques (LCQs) sont les uniques sources pouvant couvrir cette large gamme de longueur d’onde grâce à leurs transitions inter-sous bandes. Toutefois les performances des LCQs dans cette gamme de longueur d’onde sont souvent limitées par les transitions non radiatives. Ces derniers génèrent des mécanismes tel que l’absorption des photons par les phonons TO où la relaxation des électrons par les phonons LO. Par conséquent, l’émission laser en CW et à température ambiante devient particulièrement difficile. L’objectif de cette thèse est le développement des LCQs InAs/AlSb au-delà de 10 µm pour l’émission mono-fréquence et la génération du THz par différence de fréquence. Un point clé dans ce travail est l’utilisation du système de matériaux InAs/AlSb. Son avantage repose sur la faible masse effective. Elle est de 0,023m0 pour l’InAs contre 0,041m0 pour l’InGaAs et 0,067m0 dans le GaAs. En premier lieu, la mise au point de régions actives LCQs à base d’InAs/AlSb émettant à 11µm a été effectuée. Ce travail a permis la réalisation de sources DFB mono-fréquence émettant en continu à 295K et qui ont été employées dans la spectroscopie QEPAS de l’éthylène. Ce LCQ transféré sur un substrat Silicium (Si), a démontré de très hautes performances. La gamme de longueur d’onde ≥ 11µm a également été exploitée. Tout d’abord en employant un guide d’onde diélectrique où cette étude a permis de réaliser des dessins de régions actives à 20µm dont les performances dépassent l’état de l’art mondial avec un fonctionnement en continu jusqu’à 240K. Ensuite, ces technologies ont aussi été exploitées en employant des guides d’onde métal-métal. Dans cette partie, les limites des guides métal-métal ont été exploités. Ceci a permis de réaliser un LCQ DFB bi-fréquence à guide métal-métal émettant deux longueurs d’ondes dans le lointain infrarouge pour la génération du THz par différence de fréquence. Dans ce contexte, la non-linéarité de ce type de région active a été optimisée. L’extraction de l’onde THz a également été étudiéeApplications such as gas spectroscopy or medical imaging require light sources emitting in the mid- and far infrared (10 µm<λ < 28 µm) as well as in the THz (λ > 60µm). High-performance, continuous wave regime (CW) and single-frequency emission components are essential for this type of application. Quantum cascade lasers (QCLs) are the only sources that can cover this wide range of wavelengths thanks to their inter-sub-band transitions. However, the performance of LCQs in this wavelength range is often limited by non-radiative transitions. The latter generate mechanisms such as photon absorption by TO phonons or electron relaxation by LO phonons. As a result, laser emission in CW and at room temperature becomes particularly difficult. The objective of this thesis is the development of InAs/AlSb LCQs above 10 µm for single-frequency emission and THz generation by frequency difference. A key point in this work is the use of the InAs/AlSb material system. Their advantage is based on the low effective mass. It is 0.023m0 for InAs compared to 0.041m0 for InGaAs and 0.067m0 in GaAs.First, the development of LCQ active regions based on InAs/AlSb emitting at 11µm was carried out. This work made it possible to produce single-frequency DFB sources emitting continuously at 295K and which were used in QEPAS spectroscopy for ethylene sensing. This LCQ has also been transferred to Silicon (Si) substrate. He has demonstrated the world's most efficient LCQ grown directly on Si substrate. The wavelength range ≥ 11µm was also explored. First, by using a dielectric waveguide where this study leads to an active region design at 20µm whose performances exceed the state of the art in the world with continuous operation up to 240K. Then, these technologies were also exploited by using metal-metal waveguides. In this part, the limits of this waveguide were tested. This made it possible to produce a dual-frequency DFB CQL with a metal-metal waveguide emitting two wavelengths in the far infrared for the generation of THz by difference frequency. In this context, the non-linearity of this type of active region has been optimized. The extraction of the THz wave was also studied
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Bramati, Alberto. "Etude du bruit quantique dans les lasers à semiconducteur et à solide." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011784.
Abstract:
La thèse est consacrée à l'étude du bruit quantique dans les lasers à semiconducteur et à solide. Le principe de la suppression du bruit de pompe est utilisé avec différentes méthodes pour réduire le bruit d'intensité. Les lasers semiconducteur à ruban ont été étudiés en utilisant différents types de techniques d'affinement spectral à température ambiante : diode sur réseau et injection optique. La compression de bruit mesurée est de 1.6 dB et 2.3 dB respectivement. La principale conclusion de cette étude est que le bruit d'intensité des diodes laser résulte de l'annulation entre les fluctuations fortement anticorrélées du mode principal et des faibles et nombreux modes longitudinaux Les mesures effectuées à basse température montrent l'importance des corrélations quantiques entre modes de polarisation orthogonale. L'étape suivante est l'étude des lasers semiconducteur à microcavité (VCSELs). Une compression de bruit de 0.7 dB sous le bruit quantique standard, résultant de fortes anticorrélations entre les modes transverses, a été observée dans un VCSEL multimode. Une étude approfondie de ces anticorrélations est effectuée analysant la distribution spatiale transverse du bruit d'intensité. Un microlaser Nd: YVO4 pompé par diode à bruit comprimé a aussi été étudié. Les effets du bruit de pompe sur le bruit d'intensité du microlaser sont clairement mis en évidence. La réalisation d'une boucle de rétroaction non standard sur la diode laser de pompe révèle l'existence d'effets non linéaires dans le spectre de bruit. La technique de l'injection optique a aussi été utilisée avec succès pour supprimer l'oscillation de relaxation. Enfin, une application des diodes laser à bruit comprimé est présentée. La technique de la modulation de fréquence est employée avec des laser à bruit d'intensité sous le bruit quantique standard pour la détection de signaux d'absorption dans une expérience de spectroscopie de haute sensibilité.
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Moreau, Gautier. "Contribution à la caractérisation des propriétés optiques de guides planaires à boîtes quantiques InAs/InP(311)B émettant à 1,55 µm." Rennes 1, 2005. http://www.theses.fr/2005REN1E002.
Abstract:
Ce travail de thèse porte sur la caractérisation et la compréhension des propriétés optiques d'un milieu semi-conducteurs à boîtes quantiques InAs/InP(311)B obtenues par épitaxie. Cette étude est menée dans le cadre de la réalisation de lasers à modulation directe et d'amplificateurs optiques multi-canaux sans diaphonie. Après un rappel du contexte des réseaux de télécommunications optiques, nous rappelons les principes physiques du fonctionnement d'un ensemble de boîtes quantiques ainsi que les spécificités de ce milieu par rapport aux composants à base de matériaux massifs de puits quantiques ou de "segments "quantiques. Ensuite, nous présentons les caractérisations effectuées par pompage optique sur des guides planaires à boîtes quantiques. Les résultats de l'oscillation laser obtenue sont discutés. Les mesures de gain, de pertes et du remplissage par les porteurs du milieu à boîtes quantiques sont ensuite presentées. La mise en perspective des différentes caractérisations permet une discussion du caractère inhomogène de nos boîtes quantiques à température ambiante. En complément de ces mesures est effectuée une étude sur la polarisation de l'emission du milieu. Enfin, nous présentons les résultats obtenus sur un amplificateur à guide monomode. La mise en place d'une technique de mesure pompe-sonde et les résultats ainsi obtenus sous saturation de l'absorption du niveau fondamental sont presentés. Nous terminons par une discussion de la largeur homogène sous saturation de l'absorption et sur le potentiel particuliers des boîtes quantiques pour le traitement du signal optique multi-canaux sans diaphonie inter-canal.
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Grunberg, Patrick. "Etude de deux filières lasers émettant vers 2 mu m : filière accordée GaInAsSb/GaSb et filière désaccordée InAs/InP." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20157.
Abstract:
Les composants iii-v emettant dans le moyen-infrarouge ont de nombreuses applications, comme les liaisons optiques par fibres a verres fluores ou la detection et l'analyse spectroscopique des gaz. Ce memoire presente l'etude de deux filieres permettant l'obtention de diodes lasers emettant vers deux micrometres. La premiere partie est consacree a l'etude detaillee (fabrication, optimisation, caracterisation et modelisation du courant de seuil) de la filiere accordee gainassb/gasb, obtenue par epitaxie en phase liquide. La deuxieme partie presente en parallele l'etude d'une filiere totalement nouvelle: filiere a puits quantique contraint d'inas dans une matrice de gainas et a confinement separe, realisee par epitaxie par jets moleculaires sur substrat inp