Laser à semi-conducteur III-V à émission verticale de haute cohérence et de forte puissance : état vortex, continuum et bifréquence THz

par Mohamed Sellahi

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Arnaud Garnache.

Soutenue le 15-12-2014

à Montpellier 2 , dans le cadre de Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014) , en partenariat avec Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier) (laboratoire) .

Le jury était composé de Arnaud Garnache, Marc Brunel, Isabelle Robert-Philip, Mikhaël Myara, Isabelle Sagnes, Philippe Signoret.

Les rapporteurs étaient Marc Brunel, Isabelle Robert-Philip.

mots clés

• Laser MIR/NIR de forte puissance
• Cohérence spatiale et temporelle
• Miroir filtrant
• Laser continuum
• Laser vortex
• Laser bi-Fréquence
• Lasers à semiconducteurs
• Cohérence (optique)

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse repose sur l'expertise du groupe VeCSEL du l'Institut d'Électronique de Sud (IES) dans la conception, la réalisation et l'étude des VeCSEL dans le proche et le moyen infrarouge. Avant de s'engager dans le travail présenté ici, les VeCSELs développés au sein de notre laboratoire concernaient l'habituel fonctionnement monofréquence avec un faisceau TEM00, mais repoussé à forte puissance et à haute cohérence. L'objectif de cette thèse est d'aller au delà de cet état conventionnel, et explore d'autres états cohérents du photon, inhabituels dans le domaine de l'émission laser. Ces nouveaux états concernent aussi bien l'aspect transverse (spatial) que longitudinal (temporel) de l'onde. Plus particulièrement, l'émission laser de haute cohérence et de forte puissance sur les modes d'ordre supérieur Laguerre-Gauss dégénérés et non-dégénérés (vortex optiques), et les lasers large bande cohérents appelé aussi «~laser sans mode~».

mots clés

• MIR/NIR high power laser
• Spatial and temporal coherence
• Filtring mirror
• Broadband laser
• Vortex laser

Titre traduit

High coherence and high power vertical cavity III-V Semi-conductor laser : Vortex state, continuum and THz dual-frequency

Résumé

The work presented in this thesis is based on the expertise of the VECSEL group of the Institut d'Électronique de Sud (IES) in the design, implementation and study of VECSEL in the near and mid infrared. Before engaging in the work presented here, the VeCSELs developed in our laboratory involved the usual single-frequency operation with a TEM 00 beam, but pushed to high power and high coherence. The objective of this thesis is to go beyond this conventional state and to explore other coherent states of the photon, unusual in the field of laser emission. These new states apply to both the transverse appearance (spatial) and longitudinal (time) of the wave. More specifically, the laser emission of high power and high coherence on the Laguerre-Gauss higher order modes degenerate and non-degenerate (optical vortex), and the wide band coherent lasers also called "modeless lasers".