Verrouillage de mode passif de lasers à cascade quantique moyen infra-rouge à base d'absorbants saturables

par Amine Outafat

Projet de thèse en Electronique, Optronique et Systèmes

Sous la direction de Catherine Algani et de Élodie Richalot.

Thèses en préparation à Paris Est , dans le cadre de École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec ESYCOM - Electroniques, Systèmes de Communication et Microsystèmes (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Cette thèse porte sur le développement d'outils de modélisation numérique décrivant la propagation des ondes électromagnétiques dans une structure de type Fabry-Perrot des lasers à cascade quantique (QCLs). Il s'agit d'implémenter les équations de Maxwell-Bloch avec une méthode numérique de type FDTD ou simplement à point milieu qui est une méthode rigoureuse et suffisante pour cette étude. Ceci dans l'objectif d'étudier le verrouillage de mode passif dans de tel lasers en intégrant des absorbants saturables dans la gamme des longueurs d'onde 3 – 10 µm. Ces outils seront validés par des caractérisations des QCLs à verrouillage de mode actif qui sont largement étudiées. L'analyse complète du verrouillage de mode passif sera ensuite menée en fonction des phénomènes physiques non-linéaires dans la structure QCL. Ces phénomènes, comme l'instabilité RNGH (Risken-Nummedal-Graham-Haken) responsable de l'apparition de deux fréquences latérales sur le spectre multimode (fréquence de Rabi) et l'effet Kerr, sont indispensables pour verrouiller les modes d'une telle structure. L'étude de faisabilité d'utilisation d'un absorbant saturable permettant d'améliorer les performances du verrouillage de mode passif sera entamée à l'aide des outils développés. Cet absorbant saturable doit renforcer d'une part le verrouillage de mode et d'autre part doit réduire la largeur des impulsions.

  • Titre traduit

    Passive mode locking of quantum cascade lasers mid-infrared based on saturable absorbers


  • Résumé

    This thesis deals with the development of numerical modeling tools describing the optical electrical field propagation in quantum cascade laser (QCL) Fabry-Perrot structures. It consists of the implementation of the Maxwell-Bloch equations with a numerical method like FDTD or midpoint method which is a rigorous and simple method for this study. This permits to design passively mode locking QCLs integrating saturable absorbers in wavelength range 3 – 10 µm. The developed tools will be validated from the characterizations of widely studied active mode locking QCLs. The complete analysis of the passive mode locking QCL as function of physical non-linear processes will be investigated. These physical processes as RNGH (Risken-Nummedal-Graham-Haken) instability are responsible for the emergence of two side frequencies on the multimode spectrum (Rabi frequency) and Kerr effect are essential to mode lock the laser in such structure. The feasibility study to integrate a saturable absorber in the QCL structure will explored to improve the performance of the mode locking. This saturable absorber must fortify the mode locking and reduce the generated pulse width.