Study of quantum dots for the realization of a coherent dual-frequency VECSEL
Étude des boites quantiques pour la réalisation d’un laser VECSEL bi-fréquence cohérent
Résumé
This PhD work focuses on several experimental studies, allowing to relate the performances of a dual-frequency laser to the structural and physical properties of quantum dots (QDs). These works aim to develop a new kind of VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser), integrating InAs/InP QDs emitting at 1.55 μm, in order to make tunable and robust (i.e. involving a weak coupling between the two modes) dual-frequency lasers. Firstly, a growth study of the QDs is realized. The control of the growth parameters ensures the control of the density and the inter-QDs distance, and thus of the electronic coupling. Following this study, the growth parameters are carefully selected to get high density QDs; then the stack of the QDs planes forming the active medium is realized. The next study allowing the quantification of the photonic coupling by the homogeneous broadening and the electronic coupling is performed in quantum wells, quantum dashes and quantum dots, depending on the temperature and the carriers density. For this, saturated absorption spectroscopy, based on the Spectral Hole Burning (SHB) phenomenon, is used. The results obtained are linked to the last study that addresses the coupling between the two modes of the dualfrequency VECSEL by the measurement of the Lamb coupling constant. This measurement is performed in a quatum well based VECSEL first, to calibrate the experimental setup and to get the value for comparisons with QDs. Finally, preliminary results obtained in multimode operation of QDs based VECSEL are presented. They reveal to be very promising for the achievement of a dualfrequency operation.
Ce travail de thèse porte sur différentes études expérimentales permettant de lier les performances d’un laser bi-fréquence aux propriétés structurales et physiques des boites quantiques (BQs). L’objectif principal est de développer une nouvelle plateforme de lasers de type VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser), intégrant des BQs InAs/InP émettant à 1,55 μm, afin de réaliser des lasers bi-fréquences robustes, nécessitant un couplage faible entre les deux modes, et accordables. En premier lieu, une étude sur la croissance des BQs est présentée. Le contrôle des paramètres de croissance assure le contrôle de la densité et ainsi du couplage électronique entre BQs. La maîtrise de l’empilement des plans de BQs en forte densité permet la réalisation de la zone active du VECSEL. Une étude comparative est ensuite menée, permettant de quantifier le couplage photonique par la mesure de l’élargissement homogène et le couplage électronique dans les puits, les bâtonnets et les BQs en fonction de la température et de la densité de porteurs. A cette fin, une technique de spectroscopie de saturation d’absorption, exploitant le phénomène de Spectral Hole Burning (SHB), a été développée. Les résultats obtenus sont liés à la dernière étude, portant sur le couplage entre les deux modes dans le VECSEL bifréquence, par la mesure de la constante de couplage
de Lamb. Elle est d’abord mesurée dans un laser à puits quantiques, permettant d’étalonner le montage et d’avoir un point de comparaison. Finalement, les résultats préliminaires obtenus en régime multimode sur des VECSELs à BQs sont présentés, et s’avèrent être très prometteurs pour atteindre l’oscillation bi-fréquence.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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