Thèse Sesam Miroirs Absorbants Saturables Contrôlés Électriquement et par Polarisation pour Peignes de Fréquences à Lasers à Fibre H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Raffaele COLOMBELLI ORCID 0000000215409920 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-15T23:59:59 Objectif : L'objectif du projet de thèse est de développer des miroirs absorbants saturables (SESAM) non linéaires contrôlés électriquement, basés sur des transitions inter-sous-bandes dans des hétérostructures de semi-conducteurs III-V, et de les utiliser pour générer et contrôler des peignes de fréquences produits par des lasers à fibre récemment développés, couvrant la première fenêtre de transparence atmosphérique.Vision à long terme : Cette action de recherche vise, à terme, à développer des lasers compacts à verrouillage de modes passif, émettant des impulsions picosecondes dans l'infrarouge moyen (3-12 um), grâce à de nouveaux SESAM à semi-conducteurs pour l'IR moyen. Par « lasers compacts », on entend les lasers à fibre ou les lasers à semi-conducteurs tels que les lasers à cascade interbande (ICL) ou les lasers à cascade quantique (QCL).Contexte scientifique :Les applications basées sur le rayonnement infrarouge moyen (MIR) ont connu des progrès significatifs ces dernières années, grâce aux avancées scientifiques et technologiques, ainsi qu'à la diversité des applications possibles. En particulier, la génération de peignes de fréquences à partir de sources compactes constitue un enjeu majeur. Outre les QCL et les ICL, les lasers à fibre émergent comme des sources laser prometteuses pour la gamme 3-5 µm du spectre MIR. Grâce à leur large spectre de gain et à leurs puissances de sortie élevées, ils sont idéaux pour générer des peignes de fréquences modulés en amplitude.Projet : Le projet vise à générer, contrôler et stabiliser des peignes de fréquences dans l'IRM à l'aide de lasers à fibre de table, en s'appuyant sur des SESAM dont les performances (intensités de saturation, pertes non saturables, contrôle de la polarisation et électrique, etc.) sont maîtrisées. Il inclut également le développement d'applications préliminaires.Ce travail s'appuie sur nos résultats récents, qui ont démontré comment la saturation de l'absorption peut être optimisée si le système fonctionne en régime de couplage fort lumière-matière. Nous avons validé le concept, et des applications à des lasers à fibre à 3.5 µm ont déjà montré des indications préliminaires de régime impulsionnel.L'élément clé est que, dans le régime de couplage fort, le système est gouverné par des états couplés lumière-matière appelés polaritons : leur vitesse intrinsèque et leurs non-linéarités accrues en font une plateforme idéale pour implémenter des dispositifs ultra-rapides pour l'IRM, ce qui constitue une thématique centrale de l'équipe d'accueil.Déroulé du travail :Vous vous familiariserez d'abord avec les systèmes laser cibles (lasers à fibre, en collaboration avec le laboratoire CORIA/CNRS). Ensuite, vous vous concentrerez sur le développement et la validation de SESAMs aux performances adaptées. Les différentes figures de mérite des dispositifs (fluence de saturation, pertes non saturables, vitesse, etc.) seront optimisées. Cela impliquera des simulations numériques quantiques et électromagnétiques pour concevoir la région active semi-conductrice (conception quantique) et les réseaux de microcavités constituant les miroirs SESAM (conception électromagnétique). L'équipe d'accueil formera le ou la candidat(e) retenu(e) à ces activités, ainsi qu'aux techniques établies de micro-fabrication et aux méthodes expérimentales dans la gamme spectrale de l'IRM.Par la suite, le système laser + SESAM sera mis en oeuvre pour obtenir un verrouillage de modes, et des applications associées (comme la spectroscopie à double peigne) seront explorées. Des efforts seront également consacrés à la mise en place d'outils et de bancs de mesure pour la caractérisation des peignes de fréquences dans l'IRM. Ces outils seront également partagés avec d'autres axes de recherche de l'équipe. Les applications basées sur le rayonnement infrarouge moyen ont connu des progrès significatifs ces dernières années, grâce aux avancées scientifiques et technologiques, ainsi qu'à la diversité des applications possibles. En particulier, la génération de peignes de fréquences à partir de sources compactes constitue un enjeu majeur. Outre les lasers à cascade quantique (QCL) et les lasers à cascade interbande (ICL), les lasers à fibre émergent comme des sources laser très prometteuses pour la gamme 3-5 µm du spectre moyen-infrarouge. Grâce à leur large spectre de gain et à leurs puissances de sortie élevées, ils sont idéaux pour générer des peignes de fréquences modulés en amplitude. L'objectif du projet de thèse est de développer des SESAM (miroirs absorbants saturables) non linéaires contrôlés électriquement, basés sur des transitions inter-sous-bandes dans des hétérostructures de semi-conducteurs III-V, et de les utiliser pour générer et contrôler des peignes de fréquences produits par des lasers à fibre récemment développés, couvrant la première fenêtre de transparence atmosphérique.

Le travail est de nature expérimentale, mais avec une part importante dédiée aux simulations quantiques et électromagnétiques pour la conception des dispositifs. Le ou la candidat(e) retenu(e) devra posséder des connaissances de base en optique, électromagnétisme et semi-conducteurs, et manifester un intérêt pour le travail expérimental.