Optimisation du transfert du spin électronique à la polarisation d’un laser à semi-conducteur à émission par la surface

Optimisation of the spin transport to the polarization of a vertical cavity semiconductor laser

• Auteur / Autrice : Alexandre Joly
• Direction : Mehdi Alouini, Ghaya Baili
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Photonique
• Date : Soutenance le 17/12/2018
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Matière, Molécules Matériaux et Géosciences (Le Mans)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON (Lannion ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisation (lumière)

Transfert de spin

Lasers à semi-conducteur

Mots clés libres

Laser

Spin

Polarisation

Résumé

Dans le cadre de cette thèse, nous présentons l’optimisation du transfert du spin électronique à la polarisation d’un laser à semi-conducteur (SC) à émission par la surface en cavité externe (VECSEL). Un spin-laser pourrait constituer une rupture technologique dans le domaine des communications en répondant à l’augmentation du débit de données tout en apportant des fonctionnalités supplémentaires (cryptage de l’information…). Afin de développer un tel composant, deux approches complémentaires ont été explorées. La première a pour objectif d’appréhender les effets d’injection de spin dans un VECSEL, ainsi que comprendre les paramètres du laser, tels que la biréfringence de phase et le dichroïsme de gain linéaires, qui figent la polarisation à un état linéaire. En réduisant le dichroïsme d’un facteur 50 et en compensant la biréfringence résiduelle de la cavité jusqu’à 0,1 mrad (soit une diminution d’un facteur 40), une augmentation de l’ellipticité de 1° à 35° a été rendue possible. L’injection de porteurs polarisés en spin par pompage optique dans le milieu actif du laser compensé a permis d’obtenir un basculement de l’état de polarisation entre deux états elliptiques ( 35 ↔ +35°). La seconde approche concerne l’étude de l’injection de spin par pompage électrique, point clé du développement d’un dispositif compact. Pour cela, un injecteur ferromagnétique répondant aux contraintes du transport du spin électronique de l’électron vers le SC est inséré dans la cavité optique. Malgré l’utilisation d’une structure anti-résonante, qui permet de limiter l’absorption de l’injecteur intra-cavité, nous démontrons des effets d’électroluminescence dont le profil spatial est compatible avec une émission laser. Enfin, nous apportons les éléments permettant d’améliorer le procédé de fabrication du spin-laser dans l’optique d’obtenir un effet laser.

Optimisation of the spin transport to the polarization of a vertical cavity semiconductor laser