Axe 2 - Lasers et sources cohérentes (lasers conventionnels, VCSELs, laser à polariton, cristaux photoniques, micro/nanoresonateurs, optique non linéaire, sources de photons uniques…)
L’axe 2 traite des sujets d’optoélectronique fondamentale et appliquée à l’exception des diodes électroluminescentes (axe DELs et éclairage) et du photovoltaïque (axe Photovoltaïque et convertisseurs d’énergie).
Plus précisément, les différents thèmes identifiés dans cet axe sont :
- Lasers conventionnels et VCSELs
Si les lasers rubans à base de puits InGaN sont maintenant des produits
commercialisés depuis longtemps, notamment à la longueur d’onde
de 405 nm pour les applications Blu-ray™, les activités de recherche
sur les lasers nitrures se poursuivent dans plusieurs domaines : extension
du domaine de longueur d’onde vers les grandes longueur d’onde
(vert-jaune) et courtes longueurs d’onde (ultra-violet), nouvelles géométrie
de lasers (notamment lasers VCSELs à émission par la surface).
- Optoélectronique inter-sous-bande
Les semiconducteurs nitrures possèdent plusieurs propriétés
remarquables pour l’optoélectronique inter-sous-bande. D’une
part le décalage de bande de conduction entre GaN et AlN est suffisamment
grand pour pouvoir atteindre des transitions inter-sous-bande de conduction
vers 1.55 µm : ceci permet d’envisager des dispositifs télécom
ultra-rapides basés sur les transitions inter-sous-bandes. D’autre
part l’énergie importante du phonon LO dans les nitrures (>90
meV) permet d’envisager des lasers à cascade quantique fonctionnant
à température ambiante, et par ailleurs d’étendre
la plage de fonctionnement des dispositifs inter-sous-bande dans la gamme
terahertz (par rapport aux dispositifs GaAs limités à des fréquences
< 6 THz).
- Optoélectronique en cavité
La grande énergie de liaison de l’exciton dans GaN permet d’atteindre
le couplage fort exciton-photon à plus haute température et
à plus grande densité de porteurs que dans les semiconducteurs
arseniures. La recherche sur le couplage fort dans les composés nitrure
se fait soit dans des cavités planaires, soit dans des microfils à
modes de galerie. Le couplage entre des émetteurs de lumière
et des modes résonants de cavité optique peut se faire également
en régime de couplage faible : on peut par exemple accélérer
l’émission spontanée par effet Purcell, ce qui permet
notamment d’abaisser le seuil de microlasers.
Des structures photoniques telles que des cristaux photoniques peuvent également
être utilisées pour augmenter la résolution spatiale ou
le signal collecté dans des applications de bio-imagerie. Pour ce type
d’application, les nitrures ont l’avantage d’être
relativement inertes chimiquement, et transparents sur une large gamme spectrale.
- Etude d’émetteurs uniques
Les forts décalages de bandes dans les semiconducteurs nitrures (notamment
dans le système GaN/AlN) permettent de confiner efficacement les porteurs
à température ambiante. Les boîtes quantiques GaN/AlN
sont de ce fait de bons candidats pour réaliser des sources de photons
uniques fonctionnant à haute température. Plus généralement,
l’étude optique de boîtes quantiques uniques et nanofils
uniques permet d’étudier en détail les propriétés
physiques de ces objets et leurs particularités par rapport aux autres
semiconducteurs.
- Optoélectronique non-linéaire
Les coefficients non-linéaires relativement élevés des
semiconducteurs nitrures ainsi que leur large gamme de transparence les rend
potentiellement intéressants pour des applications de conversion de
fréquence dans des circuits optiques compacts.
Laboratoires partenaires :
- CNRS-CRHEA. (Valbonne)
- IEF (Orsay)
- INAC/Néel (Grenoble)
- Institut Pascal (Clermont-Ferrand)
- L2C (Montpellier)
- LPN (Marcoussis)
- UMI-GT (Metz)
Responsable : Bruno Gayral, CEA.