Thèse Nanolasers à Verrouillage de Modes Harmonique et Fréquence de Répétition Agile H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : Laboratoire Lumière, Matière et Interfaces Direction de la thèse : Fabien BRETENAKER ORCID 0000000264573372 Début de la thèse : 2026-09-01 Date limite de candidature : 2026-07-10T23:59:59 TRT & Lumin ont présenté un concept novateur de laser à verrouillage de mode à semi-conducteur, intrinsèquement flexible, basé sur un résonateur permettant une modulation importante, rapide et continue de la gamme spectrale libre (FSR) sans aucune pièce mécanique mobile. Ce concept repose sur une cavité DGR à modulation de fréquence créant un potentiel harmonique pour la lumière. Cette cavité à potentiel harmonique soutient des modes longitudinaux de Hermite-Gauss. Comme ces modes créent un peigne de fréquences équidistantes, ils peuvent conduire à un fonctionnement à verrouillage de mode. Cependant, cette fois-ci, la fréquence de répétition n'est plus déterminée par la longueur de la cavité, mais par la courbure du potentiel harmonique, qui peut être ajustée beaucoup plus facilement. Des résultats préliminaires basés sur des résonateurs en silicium hybridés avec des milieux de gain II-V ont récemment été observés, conduisant à un réglage important de la FSR. TRT & Lumin ont introduit le concept et développé la théorie d'un tel résonateur laser. III-V Lab & TRT ont rapporté la première confirmation expérimentale du verrouillage de mode dans des lasers hybrides III-V sur silicium basés sur des résonateurs à réseau conique.
Le premier objectif du projet est de développer un modèle complet du comportement du laser, incluant les effets non linéaires et le bruit d'émission spontanée. Ce modèle servira à optimiser la conception du laser afin d'augmenter le nombre de modes oscillants verrouillés. Il devrait également permettre d'utiliser plusieurs types de milieux actifs, basés soit sur des puits quantiques à semi-conducteurs, soit sur des barrières quantiques.
Le modèle sera en outre utilisé pour prédire le comportement du bruit du laser et, plus précisément, le bruit de phase RF du train d'impulsions généré. Le bruit du laser sera mesuré et comparé aux prédictions.
Une fois qu'une conception satisfaisante du laser aura été obtenue, celui-ci sera intégré à un oscillateur optoélectronique hyperfréquence (OEO) agile grâce au contrôle de l'auto-injection par une rétroaction électro-optique appropriée, d'une manière très similaire à celle d'un circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) dans une référence de fréquence classique et purement électronique. L'agilité de ce nouveau dispositif devrait être bien supérieure à celle des OEO conventionnels, pour une conception plus simple.

TRT & Lumin ont présenté un concept novateur de laser à verrouillage de mode à semi-conducteur, intrinsèquement flexible, basé sur un résonateur permettant une modulation importante, rapide et continue de la gamme spectrale libre (FSR) sans aucune pièce mécanique mobile. Ce concept repose sur une cavité DGR à modulation de fréquence créant un potentiel harmonique pour la lumière. Cette cavité à potentiel harmonique soutient des modes longitudinaux de Hermite-Gauss. Comme ces modes créent un peigne de fréquences équidistantes, ils peuvent conduire à un fonctionnement à verrouillage de mode. Cependant, cette fois-ci, la fréquence de répétition n'est plus déterminée par la longueur de la cavité, mais par la courbure du potentiel harmonique, qui peut être ajustée beaucoup plus facilement. Des résultats préliminaires basés sur des résonateurs en silicium hybridés avec des milieux de gain II-V ont récemment été observés, conduisant à un réglage important de la FSR. TRT & Lumin ont introduit le concept et développé la théorie d'un tel résonateur laser. III-V Lab & TRT ont rapporté la première confirmation expérimentale du verrouillage de mode dans des lasers hybrides III-V sur silicium basés sur des résonateurs à réseau conique. Le premier objectif du projet est de développer un modèle complet du comportement du laser, incluant les effets non linéaires et le bruit d'émission spontanée. Ce modèle servira à optimiser la conception du laser afin d'augmenter le nombre de modes oscillants verrouillés. Il devrait également permettre d'utiliser plusieurs types de milieux actifs, basés soit sur des puits quantiques à semi-conducteurs, soit sur des barrières quantiques.
Le modèle sera en outre utilisé pour prédire le comportement du bruit du laser et, plus précisément, le bruit de phase RF du train d'impulsions généré. Le bruit du laser sera mesuré et comparé aux prédictions.
Une fois qu'une conception satisfaisante du laser aura été obtenue, celui-ci sera intégré à un oscillateur optoélectronique hyperfréquence (OEO) agile grâce au contrôle de l'auto-injection par une rétroaction électro-optique appropriée, d'une manière très similaire à celle d'un circuit d'oscillateur commandé en tension (VCO) dans une référence de fréquence classique et purement électronique. L'agilité de ce nouveau dispositif devrait être bien supérieure à celle des OEO conventionnels, pour une conception plus simple.

Simulations numériques, fabrication de nouveaux résonateurs, hybridation avec des milieux à gain en semiconducteurs III-V, caractérisation expérimentales

- Optique
- Physique des lasers
- Physique des semiconducteurs