Cavité Laser a Auto-Collimation – CLAC

Ces dernières années, depuis les études pionnières de H. Kosaka, de nombreuses études se focalisent sur l?ingénierie des effets d?ultra-réfraction. Les effets d?ultra-réfraction sont divisés classiquement en deux grandes catégories : l?effet superprisme et l?effet d?autocollimation. L?effet superprisme permet de modifier fortement la direction d?un faisceau avec seulement une faible variation soit de la longueur d?onde, soit de la direction d?incidence. L?effet d?autocollimation permet de contrôler l?extension latérale d?un faisceau en annulant sa divergence. Ces effets dispersifs sont largement étudiés dans les cristaux passifs, et ont déjà permis de définir et de concevoir des fonctions optiques passives, hautement intégrées et fonctionnelles telles que le filtrage, le routage, ? Récemment, il a été souligné théoriquement que les cristaux photoniques dits ?autocollimatants? pouvaient être utilisés pour définir des cavités laser à semiconducteur. Le but de ce projet est de démontrer la validité de ce postulat et d?explorer leurs potentialités les plus intéressantes. Parmi ces dernières, nous évaluerons et étudierons une source laser intégrée, constituée du matériau même qui s?est avéré très efficace pour guider, courber, ou façonner les propriétés d?un faisceau. Il faut aussi noter les opportunités très prometteuses offertes par l?utilisation d?un matériau qui est intrinsèquement dispersif spectralement et sélectif spatialement, en effet les différents modes se comportent différemment. Un objectif essentiel de ce projet est de définir l?extension maximale qui permet de définir une source laser de grande surface à la fois monomode spatiale et spectrale. Ces deux critères, une source laser intégrable monolithiquement de grande surface qui soit monomode spatialement et spectralement, correspondent aux deux principaux défis qui restent à lever dans les sources laser à semiconducteur. Dans ce contexte, les principaux objectifs du projet sont divisés en trois tâches qui correspondent aux trois grands défis suivants : - Tâche 1 : Démonstration de l?effet laser dans des cristaux photoniques autocollimatants. Cette première tâche sera consacrée à la démonstration de l?effet laser dans une cavité entièrement définie par cristaux photoniques dans le régime d?autocollimation au sein d?une membrane de semiconducteur. Nous étudierons particulièrement l?impact de l?estension latérale du mode sur les performances laser et la stabilité de la cavité. Un compromis entre la sélectivité spectrale et la largeur du mode est attendu. - Tâche 2 : Vers le laser le plus large. Au cours de cette deuxième tâche, nous étudierons comment assurer un fonctionnement monomode spectral pour des extensions latérales du mode larges. Nous essaierons de pousser le compromis défini dans la tâche 1 vers des modes plus larges en utilisant des réflecteurs sélectifs soit localisés soit distribués. - Tâche 3 : Etude d?un laser en croix. Nous étudierons la possibilité offerte par les lasers à autocollimation de laser simultanément selon deux directions orthogonales, pouvant chacune supporter un mode spécifique. Le succès de ce projet repose sur la mise en commun de trois domaines de compétence, la physique des lasers, la nano-photonique et l?imagerie en champ proche. L?équipe du LAAS-CNRS a déjà développé des concepts innovants de sources laser GaAs/AlGaAs. Dans ce projet, cette équipe fabriquera et caractérisera une source laser à cristal autocollimaté sur une membrane de GaAs à puits quantiques InGaAs émettant vers 1 µm. L?expertise de GES concerne la recherche théorique et la modélisation des cristaux photoniques et des méta-matériaux. Il est à la source des concepts de cristaux photoniques à gradients qui seront particulièrement utiles dans ce projet. Son expérience en modélisation ab-initio des structures photoniques complexes ainsi que ses outils de simulation seront des atouts cruciaux dans ce projet. Enfin, comme les modes de lumière que nous utiliserons sont situés sous le cône de lumière, l?imagerie en champ proche sera un outil indispensable de cette étude. L?ICD-LNIO apportera ses compétences en imagerie de champ proche pour réaliser des cartographies du champ optique des cavités laser au dessus du seuil.