Étude expérimentale de microcavités à semiconducteur : structures spatiales étendues et localisées

Experimental study of semiconductor microcavities : extended and localized spatial structures

• Auteur / Autrice : Stéphane Barland
• Direction : Jorge Tredicce
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Nice

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structures spatiales

Lasers à semi-conducteur

Résumé

La formation de structures spatiales induites par l’interaction non linéaire entre un milieu semi-conducteur et un champ électrique cohérent est le cadre de ce travail expérimental. Nos recherches sont dirigées vers la formation de structures spatiales localisées en microcavités à semi-conducteur. Dans ce but nous réalisons une expérience d’injection optique dans deux types de lasers à semi-conducteur (à émission latérale, transversalement unidimensionnel, ou à cavité verticale, bidimensionnel) maintenus dans un régime d’amplification optique. L’étude des lasers à émission latérale a révélé la formation de structures ne pouvant être décrites comme des modes du résonateur, et nous obtenons des indications quant à la decorrelation spatiale du système sous certaines conditions. Au cours de ce travail expérimental est apparue la nécessité de l’étude d’effets thermiques, ce qui nous a donné l’opportunité de relier un modèle paradigmatique en biologie ou en chimie à l’optique non linéaire et montrer le caractère excitable du système expérimental considéré. Nous observons lors de l’étude d’un milieu bidimensionnel la formation de structures dont la symétrie est inférieure à celle des conditions aux limites transversales du système (hexagones et bandes dans un système circulaire). En particulier, près de la frontière d’une instabilité modulationnelle, nous montrons la formation de structures spatiales bistables mutuellement indépendantes.

The framework of this thesis is the formation of spatial structures induced by nonlinear interactions between a semiconductor medium and a coherent electric field. Our goal is the formation of spatial localized structures in semiconductor micro cavities. To that aim, we perform optical injection experiments in transverse one-dimensional systems (edge emitting lases) and bidimensional ones (vertical cavity semiconductor lasers), both kept in an optical amplifier regime. The study of edge emitting lasers has revealed the formation of spatial structures which cannot be described as resonator modes and we obtain indications about spatial decorrelation of the system in certain parameter regimes. Along this experimental work, we had to face unexpected thermal effects which gave us the opportunity to relate a paradigmatic model (well known in biology or chemistry) to nonlinear optics and to show the excitable character of the experimental system. During the study of the bidimensional system we show the formation of structures whose symmetry is inferior to the one imposed by transverse boundary conditions (hexagons and rolls). In particular, close to the boundary of a modulational instability, we show the formation of mutually independent bistable spatial structures.