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L'oscillateur paramétrique optique, ce « petit frère » du laser, essentiellement réservé à la recherche fondamentale à cause de la taille et de la complexité des dispositifs de laboratoire impliqués, possède des applications potentielles importantes notamment en optique quantique. Sa récente déclinaison sous forme de nanostructure de semiconducteurs, à l'aide d'un système de microcavité triple verticale pourrait par exemple permettre de développer des systèmes de cryptographie quantique.
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Micro-oscillateur paramétrique optique à cavité triple2. Microcavités de semi-conducteurs
Les progrès considérables dans le domaine des techniques d'épitaxie (par jets moléculaires dans le cas présent) de matériaux semi-conducteurs ont permis l'avènement des nanostructures de semi-conducteurs dans lesquelles le dépôt des couches est contrôlé à l'échelle de la couche atomique. Le matériau de prédilection pour l'industrie de l'opto-électronique est l'arséniure de gallium (GaAs), semi-conducteur III-V à gap direct (1,424 eV à température ambiante, 1,519 eV à 2 K, correspondant à des longueurs d'onde dans le proche infrarouge).
Parmi les nombreuses réalisations pratiques, citons les diodes laser, au nombre desquelles on compte le VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) qui présente un intérêt particulier dans le cadre de cet article. Le VCSEL se caractérise notamment par un faible seuil laser et une émission par la surface de la nanostructure (et non plus par la tranche comme dans les plus anciennes générations). De ce fait, l'émission est isotrope et se couple aisément à une fibre optique. Développé initialement à la fin des années 1970, il a fallu attendre une décennie avant la réalisation des premiers dispositifs fonctionnant à température ambiante et sous injection électrique intégrée, puis plusieurs années encore avant une implantation importante dans l'industrie pour les applications de communication par fibre optique.
Un VCSEL est constitué d'un résonateur, une cavité optique de type Fabry-Pérot, fermée par deux miroirs de Bragg planaires (figure ). Les miroirs de Bragg sont des miroirs interférométriques constitués d'une alternance (de l'ordre d'une vingtaine de périodes) de couches présentant un indice de réfraction faible (par exemple AlGaAs) ou élevé (GaAs). L'épaisseur optique des couches (produit de l'indice par l'épaisseur, ou nd) est égale au quart de la longueur d'onde de fonctionnement. Une telle alternance permet d'obtenir une réflectivité très importante, supérieure à 99 % (mais sur une bande spectrale étroite, contrairement aux miroirs métalliques), ce qui permet en outre d'abaisser le seuil laser. Le matériau actif est constitué d'un ou plusieurs puits quantiques placés au cœur de la cavité, le gain étant obtenu par inversion de la population d'électrons et de trous dans le semi-conducteur.
Par ailleurs, lorsque l'épaisseur optique de la cavité est de l'ordre de la longueur d'onde, ces structures sont appelées...
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Microcavités de semi-conducteurs
BIBLIOGRAPHIE
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