Dispositifs opto-électroniques térahertz excités par des signaux optiques aux longueurs d'ondes télécoms

par Matthieu Martin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Juliette Mangeney.


  • Résumé

    Le domaine des fréquences térahertz (THz) est défini usuellement entre 0,1 et 10 THz. Grâce à l'avènement des lasers impulsionnels femtosecondes dans les années 1990, des sources et des détecteurs optoélectroniques THz ont été développés. Ces dispositifs optoélectroniques THz utilisent essentiellement une couche active en GaAs à basse température de croissance. Ce matériau implique l'usage d'une longueur d'onde des faisceaux optiques d'excitation autour de 800 nm. Décaler la longueur d'onde des faisceaux optiques d'excitation vers les longueurs d'onde télécom où il existe un large choix de sources compactes et relativement peu onéreuses représente un enjeu majeur pour accompagner la diffusion des systèmes THz modernes. C'est ainsi que ce travail de thèse a d'abord été consacré à l'étude de propriétés optiques et électriques d'une structure constituée d'un super-réseau d'In0,509 Ga0,491 As / In0,509 Ga0,491 As1-x Nx. A la suite d'optimisations, le temps de vie de porteurs est réduit à des valeurs picosecondes. Nous avons également développé un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel utilisant des impulsions optiques à 1550 nm. L'émission THz est réalisée à l'aide d'une antenne photoconductrice en In0,53 Ga0,47 As irradié par des ions et la détection THz exploite la modulation de phase d'un faisceau optique au sein d'un cristal électro-optique de DAST. Ce système présente des composantes spectrales jusqu'à 5 THz avec une dynamique maximale de 40 dB. Enfin, nous avons démontré la transcription d'une modulation GHz d'une porteuse optique télécom vers une porteuse THz, premier pas vers la réalisation d'une ligne de transmission sans fil sur porteuse THz.

  • Titre traduit

    Terahertz optoelectronic devices excited by 1550nm telecom wavelength optical beams


  • Résumé

    Terahertz (THz) radiation typically corresponds to the frequencies included between 100 GHz and 10 THz. Interest for these electromagnetic waves has risen dramatically since the advent of femtosecond lasers and THz optoelectronic sources and detectors in the 1980s. Ln our days, THz optoelectronic devices are mainly made with Low-Temperature Growth GaAs. This material implies the use of optical excitation wavelength around 800 nm. Ln order to improve the performances of THz systems, one way is to use lasers which are more stable and give access to fiber technology. Wide choices of such sources exist at the telecom wavelength and can contribute to the diffusion of modern THz systems. It is in this context that we studied optical and electric properties of Ga0,491 In0,509 As / Ga0,491 In0,509 Nx As1-x superlattice structures grown on InP substrate. By optimizing the N concentration of the Ga0,491 In0,509 Nx As1-x layers, we reduced the carrier lifetime down to picosecond values. We also realized a THz time domain spectroscopy system using optical pulses at the telecom wavelength. The emitter is an ion-irradiated Ga0,47 In0,53 As photoconductive antenna and the detector is based on the detection of the phase modulation of an optical probe beam into an electro-optic DAST crystal. This system shows frequencies up to 5 THz with a maximum dynamic of 40 dB. At last, we have demonstrated the efficient transfer of a gigahertz modulation from an optical carrier at telecom wavelengths to a free space terahertz beam. This demonstration is the first step toward the realization of a wireless transmission onto a THz carrier.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (II-112 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 99-110

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)282
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