laser cascade quantique
TRANSCRIPT
Resonant Second-Order Nonlinear Optical Processes in Quantum
Cascade Lasers
Renée Charrière
Rémi Soulard
Djibril Diallo
31/01/07
Introduction
QCL
SL
1) Fonctionnement d’un laser à cascade quantique
2) Effets non linéaires résonants du second ordre
3) Résultats expérimentaux
ω1
QCL ω2
2ω1
ω1 + ω2
2ω2
ω1
ω2 7,1 μm
9,5 μm
4,7 μm
3,6 μm
4,1 μm
Laser inter-sous-bande Laser à cascade quantique
Emission dans l’IR
Laser inter-bande
- Accordable : 3 à 15 μm
(épaisseur des puits)
Emission multi-photonique
- Un seul e-
1) Fonctionnement d’un laser à cascade quantique
Application d’un champ électrique : régime de fuite par effet tunnel
Guidage de l’électron dans une structure à multi-puits quantiques couplés :injection de l’électron dans la zone active
e
L’électron est injecté dans la zone active par effet Stark longitudinal
il y a alors inversion de population :
L’électron peut contribuer à l’effet laser
Effets non linéaires résonnants du second ordre
• même principe que pour le laser à cascade quantique :
transitions inter sous-bandes
• dans notre laser les effets non linéaires ont lieu principalement dans la SL et le QCL à 7,1 µm
SL
λ1 = 7,1µm
λ2 = 9,5µm
Lieu des effetsnon linéaires
2ω1
ω1+ω2
2ω2
• Transitions mises en jeu dans la SL
Effets non linéaires résonnants du second ordre
• la susceptibilité non linéaire du second ordre est non nulle grâce à la dissymétrie des puits
Génération de la somme de fréquences
1 2 3ω1
ω2
ω1+ω2
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Effets non linéaires résonnants du second ordre
• Transitions mises en jeu dans le QCL à 7,1 µm
Génération de la somme de fréquences
• le laser à cascades nécessite d’appliquer aux bornes de la structure un champ électrique élevé
• le biais induit par effet Stark par ce champ sur les bandes permet d’avoir une susceptibilité du second ordre non nulle
Transition laser
Effets non linéaires résonnants du second ordre
• Intérêt d’avoir des transitions résonnantes
expression simplifiée de la susceptibilité du second ordre pour de la SHG
termes divergents à résonance
• Mais ce n’est pas suffisant pour avoir une génération efficace de nouvelles fréquences
• l’accord de phase
• recouvrement du mode fondamental avec les harmoniques
• recouvrement des faisceaux avec les porteurs permettant les effets non linéaires
Effets non linéaires résonnants du second ordre
• Exemple de réalisation d’accord de phase avec superposition des modes fondamentaux et harmoniques
Génération de second harmonique
quasi égalité des vitesses de groupe
Et par ailleurs bon recouvrement spatial entre la pompe (TM00), l’harmonique (TM02) et la zone active…
InP Substrat, 200µm
QC laser à 7.1 µm, 0.75µm
InGaAs buffer, 0.5µm
Superlattice, 0.22µm
QC laser à 9.6 µm, 0.95µm
InGaAs 0.2 µm
AlInAs 2.8 µm
InGaAs 0.5 µm
AlInAs 0.8 µm
Structure de l’echantillon
SL
ω1
ω2
Condition pour une génération de second harmonique efficace
Region active
Pompage efficace
Accord de phase
La distribution spatiale des modes se aa chevauche entre elles ainsi qu’avec aa la région active
Faible dispersion du guide d’onde dans l’infrarouge moyen
Indices effectif des modes sont proches
Somme des fréquences
µ1 = 3.259
µ2= 3.299
µ3 = 3.354
Δk=k3-k2-k1 = 600 cm-1
Х(2) = 0.8 µm / V (1pm / V dans le KTP)
Résultats
« Le fond se lèvent lentement » Emission spontanée
Résultats
Le courant augmente à travers la structure N3 augmente
Conclusion