Lasers à cascade quantique à base de méta-surfaces actives

par Laurent Boulley

Projet de thèse en Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies

Sous la direction de Raffaele Colombelli et de Adel Bousseksou.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Electrical,Optical,Bio: PHYSICS_AND_ENGINEERING , en partenariat avec Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (laboratoire) , Photonique (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-12-2015 .


  • Résumé

    Les lasers à cascade quantique (QCL) sont des sources lasers à semi-conducteurs basées sur les transitions inter-sous-bande. Ils couvrent une large gamme spectrale allant de l'infrarouge (3-24 µm) aux fréquences Téra-Hertz (1-5 THz). Les QCLs ont ouvert le champ à de nouvelles applications pour la spectroscopie, la santé et l'environnement mais aussi pour la défense et la sécurité. Cette thèse est principalement lié au projet ATLAS (2015-2019) qui vise à développer des QCLs accordables utilisant des méta-surfaces métalliques/diélectriques. Ces méta-surfaces agissent comme une couche de revêtement supérieure, dont l'indice de réfraction est directement lié aux paramètres optiques et géométriques des matériaux qui composent cette couche. L'accordabilité active de la constante diélectrique effective de ces méta-structures peut être réalisée de manière à contrôler la fréquence d'émission du laser. Un objectif majeur de ce projet est de développer des dispositifs avec des meilleures (plus large) gammes d'accordabilité que les lasers à rétroaction répartie (DFB) et aussi technologiquement plus simples que les lasers à cavité externe (EC-QCL) existants. Ces sources, dans la gamme du moyen-infrarouge, sont intéressantes pour les applications de détection et de spectroscopie. Elles sont également intéressantes pour la génération des sources dans le Téra-Hertz par différence de fréquence (DFG).

  • Titre traduit

    Tunable quantum cascade laser based on active meta-layers


  • Résumé

    Quantum cascade lasers (QCL) are semiconductor laser sources based on inter-sub-band transitions. They cover a wide spectral range from infrared (3-24 microns) to terahertz frequencies (1-5 THz). The QCLs have opened the field to new applications for spectroscopy, health and the environment but also for defense and security. This thesis is mainly related to the ATLAS project (2015-2019) which aims to develop tunable QCLs using metal/dielectric based meta-surfaces. These meta-surfaces act as a top coating layer, the refractive index is directly related to optical and geometrical parameters the nanostructures composing this layer. Active tuning of the effective dielectric constant of these meta-structures can be carried out so as to control the laser emission frequency. A major objective of this these is to develop devices with better (wider) tuning ranges than distributed feedback lasers (DFB) and also technologically simpler than the external cavity laser (EC-QCL). These sources, in the range of mid-infrared, are interesting for detection and spectroscopy applications. They are also useful for the generation sources in the terahertz frequency difference (DFG).