Dispositifs intersousbandes non-lineaires dans le moyen-infrarouge

Non-linear ISB devices in the mid-IR

• Auteur / Autrice : Simone Cassandra
• Direction : Raffaele Colombelli
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 02/02/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Photonique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Moyen-IR

Couplage fort lumiere-matiere

Transitions intersousbande

Mode-locked lasers

Optique non-linéaire

Mid-IR

Strong light-matter coupling

Intersubband transitions

Mode-locked lasers

Non-linear optics

Résumé

Le but du projet est de développer de dispositifs non-linéaires basés sur les transitions intersousbande dans les heterostructures de semiconducteurs III-V. Il s'agit de non-linéarités optiques ou électroniques. Dans le cas de l'optique, la gamme spectrale visée est le moyen-infrarouge (3-12 micron). L'activité reposera sur les transitions intersous-bandes entre des états électroniques confinés dans des puits quantiques (QW) semi-conducteurs. De telles transitions sont les éléments base des dispositifs quantiques dans l'infrarouge moyen (lasers à cascade quantique, détecteurs infrarouges à puits quantiques). Ils conviennent à l'exploration de nouveaux phénomènes où l'électrodynamique des cavités joue un rôle fondamental. Un premier objectif est d'étudier et développer un dispositif qui se comporte comme un détecteur quand il est soumis à une lumière infrarouge, mais – en absence de photons et à baisse température – ses propriétés de transport électronique sont affectées par la force du couplage lumière-matière. Le double comportement est rendu possible par le fonctionnement dans le régime de couplage lumière-matière ultra-fort. Ce régime peut être atteint lorsqu'un dispositif semi-conducteur est intégré dans une microcavité optique à haut confinement. Le deuxième objectif concerne les non-linéarités optiques. Il s'agit de développer de miroirs saturables à semi-conducteurs pour la gamme spectrale du moyen-infrarouge qu'ils puissent être accordés en fréquence par l'application d'un voltage externe. Ces miroirs seront ensuite utilisés avec de lasers à cascade interbandes, ou bien de lasers à fibre dans la gamme spectrale du moyen-infrarouge.

The goal of the project is to develop non-linear devices based on intersubband transitions in III-V semiconductor heterostructures. These are optical or electronic nonlinearities. In the case of optics, the targeted spectral range is mid-infrared (3-12 microns). The activity will be based on intersubband transitions between electronic states confined in semiconductor quantum wells (QW). Such transitions are the basic elements of quantum devices in the mid-infrared (quantum cascade lasers, infrared detectors with quantum wells). They are suitable for exploring new phenomena where cavity electrodynamics play a fundamental role. A first objective is to study and develop a device which behaves like a detector when it is subjected to infrared light, but – in the absence of photons and at low temperature – its electronic transport properties are affected by the strength of the light coupling. -matter. The dual behavior is made possible by operating in the ultra-strong light-matter coupling regime. This regime can be achieved when a semiconductor device is integrated into a high confinement optical microcavity. The second objective concerns optical nonlinearities. This involves developing semiconductor saturable mirrors for the mid-infrared spectral range so that they can be tuned in frequency by the application of an external voltage. These mirrors will then be used with interband cascade lasers, or fiber lasers in the mid-infrared spectral range.