Download or read book Etude de lasers cascade quantique par spectroscopie t rahertz dans le domaine temporel written by Dimitri Oustinov and published by . This book was released on 2011 with total page 156 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail présente une étude de lasers à cascade quantique à l'aide de la spectroscopie THz dans le domaine temporel. Cette technique expérimentale consiste en la détection de champs électriques THz permettant ainsi d’étudier des effets à la fois statiques et dynamiques dans les semiconducteurs. Les lasers à cascade quantique THz sont des structures multipuits considérées comme des dispositifs prometteurs pour combler le manque de sources dans l’infrarouge lointain. Dans l’étude statique, nous avons mesuré le spectre du gain de différents échantillons et avons pu identifier les transitions électroniques intersousbandes responsables du gain et des pertes. Nous avons aussi constaté un rétrécissement du spectre du gain dans ces lasers dont nous expliquons l’origine. Dans l’étude dynamique, nous avons effectué une commutation du gain dans un laser à cascade quantique afin d'exploiter son régime non stationnaire pour amplifier une onde THz dans un milieu présentant un gain élevé sans être limité aux pertes totales au-dessus du seuil. Un interrupteur optique de type Auston a été utilisé pour y parvenir. Finalement, un contrôle électrique du déclenchement d’un laser au-dessus du seuil nous a permis de mesurer l’émission cohérente d’un laser THz par spectroscopie dans le domaine temporel. Le contrôle de la phase du laser a été rendu possible grâce à un amorçage de ce dernier par une impulsion THz à spectre large

Download or read book Spectroscopie dans le domaine temporel et non lin arit s optiques r sonantes des lasers cascade quantique t rahertz written by Julien Madéo and published by . This book was released on 2011 with total page 181 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La gamme térahertz est une région du spectre électromagnétique située à l'interface entre les techniques optiques et électroniques de génération et de détection d'un rayonnement.Elle est qualifiée de fossé technologique THz en raison du manque de dispositifs alors que les applications potentielles concernant cette gamme sont vastes.Cette thèse comporte trois axes de recherches articulés autour d'une source THz prometteuse: les lasers à cascade quantique (LCQ). Ces hétérostructures de semiconducteurs sont des lasers unipolaires dont l'émission repose sur la relaxation d'électrons entre des états confinés de la bande de conduction.Un système de spectroscopie THz dans le domaine temporel, adapté à l'étude du spectre du gain des LCQ THz, a été développé et optimisé. Des sources d'impulsions THz (antennes photoconductrices) ont été réalisées pour ce système permettant d'accéder à une large bande spectrale. Ce système a été employé pour accéder au spectre du gain de LCQ THz, un paramètre clé, et en particulier appliqué à l'étude de LCQ hétérogènes (comprenant plus d'une région active permettant une émission large bande). Ces études ont permis de déterminer les facteurs limitant et d'améliorer leurs dessins, conduisant à un gain large et une émission laser à deux fréquences simultanément. Enfin, les propriétés non-linéaires résonantes de LCQ THz ont été étudiées. Une exaltation de la susceptibilité non-linéaire a été démontrée en accordant un faisceau proche-IR avec des transitions interbandes du LCQ. En combinant cela à la grande puissance THz intracavité, la conversion de l'émission THz du LCQ sur une porteuse optique proche-IR est montrée avec des efficacités élevées (10%).

Download or read book Spectroscopic Applications of Terahertz Quantum Cascade Lasers written by Tasmim Alam and published by Cuvillier Verlag. This book was released on 2020-10-29 with total page 132 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Quantum cascade lasers (QCLs) are attractive for high-resolution spectroscopy because they can provide high power and a narrow linewidth. They are particularly promising in the terahertz (THz) range since they can be used as local oscillators for heterodyne detection as well as transmitters for direct detection. However, THz QCL-based technologies are still under development and are limited by the lack of frequency tunability as well as the frequency and output power stability for free-running operation. In this dissertation, frequency tuning and linewidth of THz QCLs are studied in detail by using rotational spectroscopic features of molecular species. In molecular spectroscopy, the Doppler eff ect broadens the spectral lines of molecules in the gas phase at thermal equilibrium. Saturated absorption spectroscopy has been performed that allows for sub-Doppler resolution of the spectral features. One possible application is QCL frequency stabilization based on the Lamb dip. Since the tunability of the emission frequency is an essential requirement to use THz QCL for high-resolution spectroscopy, a new method has been developed that relies on near-infrared (NIR) optical excitation of the QCL rear-facet. A wide tuning range has been achieved by using this approach. The scheme is straightforward to implement, and the approach can be readily applied to a large class of THz QCLs. The frequency and output stability of the local oscillator has a direct impact on the performance and consistency of the heterodyne spectroscopy. A technique has been developed for a simultaneous stabilization of the frequency and output power by taking advantage of the frequency and power regulation by NIR excitation. The results presented in this thesis will enable the routine use of THz QCLs for spectroscopic applications in the near future.

Download or read book Dynamique ultrarapide de lasers cascade quantique Terahertz le graph ne comme metteur Terahertz written by Jean Maysonnave and published by . This book was released on 2014 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l'interface des domaines électronique et optique. Malgré un potentiel d'applications élevé, elle souffre d'un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse se concentre sur l'étude fondamentale et la réalisation de nouvelles fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant permet de mesurer le profil temporel d'un champ électrique THz et est utilisé pour explorer l'émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ) et de graphène.Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique "d'injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer le profil temporel de l'émission laser. A l'appui de cette expérience et de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est faite. Ces informations sont critiques pour la production d'impulsions courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et conduit à la génération d'impulsions courtes (durée ~ 15 ps) en régime de blocage de modes. Ces études permettent notamment d'envisager les LCQs comme sources puissantes pour la TDS. Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d'ordre 2. Cette émission résulte d'un transfert de quantité de mouvement des photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi d'explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés.

Download or read book Mid Infrared and Terahertz Quantum Cascade Lasers written by Dan Botez and published by Cambridge University Press. This book was released on 2023-09-14 with total page 552 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Learn how the rapidly expanding area of mid-infrared and terahertz photonics has been revolutionized in this comprehensive overview. State-of-the-art practical applications are supported by real-life examples and expert guidance. Also featuring fundamental theory enabling you to improve performance of both existing and future devices.

Download or read book Optique non lin aire r sonante et contr le de la phase des lasers cascade quantique written by Pierrick Cavalié and published by . This book was released on 2013 with total page 194 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les lasers à cascade quantique (LCQ) sont des nanostructures de semiconducteurs se basant sur des transitions intersousbandes entre états confinés de la bande de conduction. Ils ont permis de combler un manque de sources puissantes et compactes d’abord dans le moyen infrarouge (MIR) puis dans le térahertz (THz). Cette thèse présente deux études en rapport avec ces lasers. La première partie présente les propriétés d’optique non-linéaire résonantes des LCQ. Il s’agit de démontrer la génération de différence de fréquences entre un faisceau proche infrarouge (IR) et le champ THz du LCQ. L’excitation proche IR est résonante avec les transitions interbandes des puits quantiques qui composent le LCQ. Ceci exalte la susceptibilité non-linéaire du milieu. Le champ THz intense dans la cavité combiné à cette excitation résonante permet d’obtenir de bonnes efficacités (jusqu’à 0.13%) et de générer des harmoniques supérieures jusqu’à l’ordre 3. Ces interactions non-linéaires ont également été étudiées dans les LCQ MIR ce qui a permis d’augmenter la température de fonctionnement jusqu’à 275 K. Une deuxième partie traite du contrôle de la phase du champ THz d'un LCQ au moyen d'un montage de spectroscopie THz dans le domaine temporel. L'originalité résulte dans l'usage d'un LCQ ayant un guide double métal. Ces guides permettent d'avoir de meilleures performances en température mais ont des dimensions largement sous longueur d'onde. Ces dimensions compliquent le couplage d'une onde THz externe nécessaire à l'amorçage du champ THz du LCQ sur une phase fixe. Des antennes en forme de V sont déposées à la surface du LCQ pour faire une adaptation d’impédance et favoriser ainsi le couplage.

Download or read book Magneto spectroscopy and Development of Terahertz Quantum Cascade Lasers written by and published by . This book was released on with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: In this work we concentrate our efforts on the generation of laser emission at low THz frequencies (3-1 THz range) employing the quantum cascade technology. Quantum cascade (QC) lasers are unipolar semiconductor lasers based on intersubband transitions in quantum wells that cover a large portion of the Mid and Far Infrared electromagnetic spectrum. Two main research lines have been followed: (i) the development of quantum cascade lasers based on population inversion between parabolic subbands and (ii) the development of low frequency QC lasers based on a three-dimensional electron confinement induced by an external magnetic field. (i) : Gain and laser action have been demonstrated in different systems at frequencies of 3.4 3.6 THz exploiting bound-to-bound and bound-to-continuum optical transition. A QC laser emitting at 3.6 THz and based on a vertical transition and resonant tunneling in a single quantum well has been demonstrated. To overcome the limitations in performance of such a system, an heterostructure laser based on a bound-to-continuum transition has been developed. The structure was the first one to operate above the technologically important temperature of liquid nitrogen. With a further development of the bound-to-continuum design that includes lower state lifetime reduction by optical phonon emission, laser action was successfully achieved at 115 K.A study of different waveguide mechanisms suitable for different THz frequencies has also been carried out. (ii) : THz quantum cascade lasers based on the in-plane confinement introduced by a strong magnetic field applied perpendiculary to the plane of the layers have been developed. A model system based on large single quantum wells (50-60 nm wide) has been exploited to study this gain mechanism. Such an approach led to the extension of the frequency range of operation of QC lasers, with the demonstration of laser action at 1.39 THz (220 mm) which is the lowest frequency observed to-date for this kind of.

Download or read book Les lasers cascade quantique Terahertz written by Wilfried Maineult and published by . This book was released on 2009 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les lasers à cascade quantique térahertz sont des sources performantes et compactes, qui comblent le fossé dans le spectre électromagnétique entre les émetteurs optiques et micro-ondes. Dans un premier temps, ce travail a porté sur les performances de ces lasers. Le dessin de nouvelles zones actives a mis en évidence l'importance d'une injection sélective sur l'état excité de la transition laser. Une étude préliminaire introduisant une barrière d'injection sélective a été menée, permettant d'obtenir l'effet laser jusqu'à 45 K. L'étude du champ lointain des lasers munis de guides d'ondes double métal a montré la nécessité d'améliorer leur champ lointain. L'ajout d'une micro-antenne cornet, technologie issue du domaine hyperfréquence, à l'extrémité du guide d'onde a permis de démontrer une meilleure directionnalité du champ lointain et une meilleure extraction de la puissance hors de la cavité Au final une amélioration de la puissance collectée par un miroir f/1 supérieure à un facteur 20 a été constatée. Dans un second temps, de nouvelles fonctionnalités ont été ajoutées au dispositif. Un laser accordable électriquement sur une plage de 6.6% de la longueur d'onde centrale a été obtenu en intégrant deux zones actives distinctes à l'intérieur d'un dispositif muni de 3 contacts électriques. Enfin, la propagation d'ondes hyperfréquences dans des guides d'onde double métal a été étudiée jusqu'à 55 GHz, nous permettant d'estimer la bande passante de modulation électrique d'un dispositif de 1 mm de longueur à 70 GHz. Cette étude a également permis la réalisation d'une adaptation d'impédance à bande étroite et la modulation d'amplitude directe des dispositifs jusqu'à 25 GHz

Download or read book Quantum Cascade Lasers written by Jérôme Faist and published by OUP Oxford. This book was released on 2013-03-14 with total page 321 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: This book provides an introduction to quantum cascade lasers, including the basic underlying models used to describe the device. It aims at giving a synthetic view of the topic including the aspects of the physics, the technology, and the use of the device. It should also provide a guide for the application engineer to use this device in systems. The book is based on lecture notes of a class given for Masters and beginning PhD students. The idea is to provide an introduction to the new and exciting developments that intersubband transitions have brought to the use of the mid-infrared and terahertz region of the electromagnetic spectrum. The book provides an introductory part to each topic so that it can be used in a self-contained way, while references to the literature will allow deeper studies for further research.

Download or read book Ultra fast Spectroscopy of Terahertz Quantum Cascade Lasers written by Sergej Markmann and published by . This book was released on 2016 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book Optimization of a Quantum Cascade Laser Operating in the Terahertz Frequency Range Using a Multiobjective Evolutionary Algorithm written by Traci A. Keller and published by . This book was released on 2004-06-01 with total page 125 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: A quantum cascade (QC) laser is a specific type of semiconductor laser that operates through principles of quantum mechanics. In less than a decade QC lasers are already able to outperform previously designed double heterostructure semiconductor lasers. Because there is a genuine lack of compact and coherent devices which can operate in the far-infrared region the motivation exists for designing a terahertz QC laser. A device operating at this frequency is expected to be more efficient and cost effective than currently existing devices. It has potential applications in the fields of spectroscopy, astronomy, medicine and free-space communication as well as applications to near-space radar and chemical/biological detection. The overarching goal of this research was to find QC laser parameter combinations which can be used to fabricate viable structures. To ensure operation in the THz region the device must conform to the extremely small energy level spacing range from Æ10-15 meV. The time and expense of the design and production process is prohibitive, so an alternative to fabrication was necessary. To accomplish this goal a model of a QC laser, developed at Worchester Polytechnic Institute with sponsorship from the Air Force Research Laboratory Sensors Directorate, and the General Multiobjective Parallel Genetic Algorithm (GenMOP), developed at the Air Force Institute of Technology, were integrated to form a computer simulation which stochastically searches for feasible solutions.

Download or read book Mod lisation dynamique et caract risation de lasers cascade quantique T rahertz refroidis l h lium liquide written by Yoann Petitjean and published by . This book was released on 2010 with total page 163 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La région du spectre électromagnétique comprise entre 300 GHz et 10 THz a longtemps été surnommée « gap Térahertz ». En effet, les sources et détecteurs dans cette gamme de fréquences étaient éparses, peu performants, coûteux et/ou encombrants jusqu'à l’invention du laser à cascade quantique (QCL pour Quantum Cascade laser). De nombreuses équipes de recherche se concentrent sur l’amélioration des performances des QCLs, notamment l'augmentation de la température de fonctionnement maximale car cette source ouvre la voie vers de nouvelles applications comme les oscillateurs locaux à très haute fréquence, l’imagerie médicale, sécuritaire ou encore les télécommunications sans fil à haut débit. Toutes ces applications requièrent une connaissance poussée des performances des QCLs modélisés et caractérisés au sein de cette thèse. Le premier chapitre expose les propriétés et les applications des ondes Térahertz évoquées précédemment ainsi qu'un état de l’art des QCLs. Le second chapitre porte sur la modélisation des QCLs. Un premier modèle est exploité afin de dégager les caractéristiques statiques et dynamiques des QCLs. Un autre modèle prenant en compte la structure en cascade des QCL est ensuite introduit, menant à une nouvelle fonction de transfert, un calcul du délai à l’allumage et une étude du bruit d’intensité relatif. Le troisième et dernier chapitre traite de la partie expérimentale de cette thèse avec la particularité et les difficultés de mesures dans le domaine Térahertz, la caractérisation statique et les moyens de caractérisation dynamique des QCLs, accompagnée de la présentation d’un testeur sous pointe cryogénique opto-micro-onde conçu dans le cadre de cette thèse.

Download or read book Magneto spectroscopy and Development of Terahertz Quantum Cascade Lasers written by Giacomo Scalari and published by . This book was released on 2006 with total page 235 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book Novel Applications of Terahertz Quantum Cascade Lasers written by Binbin Wei and published by . This book was released on 2020 with total page pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:

Download or read book Etude des structures cascade quantique sous champ magn tique written by Nicolas Péré-Laperne and published by . This book was released on 2008 with total page 163 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le travail de thèse a porté de façon générale sur l'étude des transitions dans les hétérostructures à cascade. Deux types de structures ont été étudiés, le laser émettant dans la gamme des THz et le détecteur moyen infrarouge. Cette étude a été menée en champ magnétique appliqué perpendiculairement ou parallèlement aux couches des hétérostructures. Dans la première configuration, nous avons observé des oscillations de courant dans les deux types de structures associées dans le cas des lasers à des oscillations de puissance lumineuse ainsi que de courant seuil. Ces oscillations sont la signature de différents processus de relaxation élastiques et inélastiques. Par la quantification de Landau, les temps de vie des électrons sur les niveaux mis en jeu dans les transitions sont modifiés menant à une modulation du courant et de la puissance laser en fonction du champ magnétique. Un modèle a été développé pour en comprendre l'origine. Ce faisant les processus dominants limitant le fonctionnement des lasers ont été mis à jour. Dans le cas des détecteurs, le champ magnétique nous a permis d'étudier toutes les origines du courant d'obscurité et de mettre en exergue les facteurs limitant leur fonctionnement. Un modèle décrivant le transport dans ces structures a été élaboré à partir de cette étude. Enfin, dans la seconde configuration, en champ magnétique appliqué de façon parallèle aux couches des lasers à cascade, nous avons pu mettre en évidence un déplacement relatif des sousbandes de la transition radiative.

Download or read book Etude du confinement optique dans les lasers cascade quantique et applications la d tection written by Virginie Moreau and published by . This book was released on 2008 with total page 180 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Depuis 1994, les lasers à cascade quantique se sont imposés comme la source laser à semiconducteur de choix dans le domaine du moyen et du lointain infrarouge. Comme la plupart des molécules chimiques possèdent des bandes d’absorption entre les niveaux de rotation-vibration qui se situent dans le moyen infrarouge, les lasers à cascade quantique sont particulièrement adaptés aux applications telles que la spectroscopie, la détection de gaz à l’état de traces ou l’imagerie médicale. Une des voies de recherche actives est aujourd’hui leur optimisation en vue de leur miniaturisation et de leur intégration dans des microsystèmes de détection. Ce travail de thèse présente l’étude et l’optimisation du confinement optique vertical dans des hétérostructures lasers à cascade quantique épitaxiées sans couche de confinement supérieure. Ces structures sont intéressantes puisqu’elles sont adaptées à la fois au guide à plasmons de surface et au guide avec un confinement par air. En menant une étude approfondie de la répartition du mode optique et du courant électrique, nous avons conçu des structures originales qui ouvrent notamment de nouvelles perspectives sur l’utilisation de ces lasers pour la détection de fluides. Nous avons également montré que l’observation par microscopie en champ proche est un outil précieux pour la caractérisation et la compréhension des lasers à cascade quantique. Finalement, nous posons les bases nécessaires à la réalisation de matrices de lasers monomodes, utilisant la technologie des cristaux photoniques

Download or read book Design and Simulation of Terahertz Surface Emitting Quantum Cascade Lasers written by Martin F. Schubert and published by . This book was released on 2005 with total page 94 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: