Contrôle de l'émission spontanée dans les cavités à cristal photonique - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2008

Control of spontaneous emission in photonic crystal cavity

Contrôle de l'émission spontanée dans les cavités à cristal photonique

Résumé

Lasers with controlled spontaneous emission are lasers in which the fraction of spontaneous emission in the laser mode (beta-factor) is close to 1. Such components, displaying a spatial redistribution and an enhancement of the spontaneous emission, should display lower lasing threshold and higher direct modulation bandwidths. In order to implement such effects, the laser cavities must support high quality factor and small volume single modes. Photonic crystal slab cavities can allow to reach these features. Besides adequate geometries, the achievement of high quality factors require the fabrication of photonic crystals with smooth and vertical sidewalls. I developed a new etching procedure of GaAs photonic crystal membrane based on Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching (I.C.P.-R.I.E.) techniques. The processed cavities, embedding an array of InAs quantum dots as active material, display quality factors as high as 15 000. Depending on the cavity design, lasing has been observed at 4 K in a regime of spontaneous emission control, with beta values raging from 0.44 to 0.94. The spectrally resolved dynamical study of the cavity laser reveals that our cavity laser with a beta factor of 0.67 delivers 35-ps gaussian pulses, with a linear chirp during the pulse emission. When applying a direct modulation to the laser at 10 GHz, the linear chirp measured on each delivered pulses is identical to the one observed in response to a single pulse excitation. This feature allows to easily compensate this chirp for every pulse whatever the modulation pattern.
On appelle laser à émission spontanée contrôlée, un laser dont la fraction beta d'émission spontanée dans le mode laser s'approche de 1. De tels composants présentant une redistribution spatiale et une exaltation de la dynamique d'émission spontanée, doivent présenter des seuils laser réduits et des bandes de modulation directe accrue. Ceci requiert néanmoins le recours à des cavités de fort facteur de qualité et de faible volume modal. Les cavités à cristaux photoniques sur membrane peuvent satisfaire ces critères. Outre un dessin de cavité adapté, l'obtention de forts facteurs de qualité requiert des profils de gravure parfaitement verticaux des trous formant le cristal photonique. Pour cela, j'ai développé un nouveau procédé de gravure de la membrane de GaAs avec la technique d' ''Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching ''. Nos cavités en GaAs, comprenant un plan de boîtes quantiques InAs comme milieu à gain, présentent des facteurs de qualité supérieurs à 15 000. En fonction du dessin de la cavité, un effet laser a été mis en évidence à 4 K avec des fractions beta allant de 0,44 à 0,94. L'étude dynamique résolue spectralement des lasers à fort beta (~ 0,67) révèle la génération d'impulsions laser gaussiennes d'une durée de 35 ps, avec une évolution spectrale linéaire de la résonance laser durant l'impulsion. En imprimant une modulation optique directe à 10 GHz sur le composant, le chirp linéaire observé sur chaque impulsion délivrée reste identique à celui mesuré en réponse à une seule impulsion d'excitation. Ceci permet d'envisager des techniques de compensation du chirp simple et indépendant du motif de modulation.
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Dates et versions

tel-00355107 , version 1 (22-01-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00355107 , version 1

Citer

Rémy Braive. Contrôle de l'émission spontanée dans les cavités à cristal photonique. Physique [physics]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00355107⟩

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