Miroir A Réseau SUb-longueur d'onde Pour les LAsers à émission verticale dans le Moyen Infrarouge – MARSUPILAMI

Les lasers à cavité verticale à émission par la surface (VCSEL) ont déjà prouvé leur excellente prédisposition en tant que source compacte pour les mesures de spectroscopie moléculaire. Pour ce type d'applications, les longueurs d'onde moyen infrarouge (? > 2.6 µm) ouvrent un vaste champ de recherches en permettant la détection de nombreuse molécules, et ce pour de multiples domaine d'exploitation : l'environnement avec la détection de gaz polluants, la médecine avec de nouvelles possibilités d'aide au diagnostics, ou encore dans l'agroalimentaire ou le contrôle de procédés industriels (sécurité, suivi du procédé). Un verrou propre aux VCSELs émettant aux grandes longueurs d'onde réside corrélativement dans l'épaisseur des couches épitaxiées (par ex. t=16µm pour ?=2.7 µm), au détriment des performances thermo-electro-optiques du composant. Par ailleurs, les nouveaux matériaux en cours de développement que sont les antimoniures, couvrant la gamme ? > 2 µm, ne montrent pas d'aussi bon rendements radiatifs que les filières plus conventionnelles GaAs et InP. Ceci, bien que d'excellents résultats aient été récemment démontrés avec la filière antimoniure autour de 2.3 µm. Ainsi, la technologie basée sur substrat InP permet d'obtenir des composants VCSELs très performants jusqu'à 2.3µm, alors que au delà de 2.6µm seules des régions actives réalisées dans la filière antimoniure sont possibles. Un contournement de ces difficultés, qui a été mis à profit pour les VCSELs émettant au dela de 2µm, consiste à utiliser une structure hybride semiconducteur-diélectrique. L'approche monolithique doit cependant être privilégiée, en vue d'une application en spectroscopie, puisque qu'elle est garante d'une amélioration des composants à température ambiante. La source idéale devraient en effet avoir une puissance suffisante pour préserver un rapport signal sur bruit suffisant; une faible largeur de raie pour une bonne sélectivité et sensibilité; un fonctionnement monomode longitudinal afin d'éviter le bruit de compétition entre modes; un faisceau fortement collimaté; une accordabilité en fréquence rapide pour un faible temps de réponse et de fort débits d'acquisition; et une susceptibilité minimale aux conditions environnementales. Les VCSELs présentent la majorité de ces prérogatives, bien que le contrôle de polarisation et le fonctionnement monomode transverse restent encore problématiques. Dans le présent projet, nous nous proposons de dévellopper un miroir à base d'un réseau sub-longueur d'onde, s'intégrant dans une structure VCSEL à base d'antimoniure pour une émission au delà de 2.6 µm. Cette solution permet, en outre de résoudre les verrous liés à l'épaisseur des structures laser, d'avoir un miroir permettant le contrôle, au travers de sa conception, de la polarisation du faisceau émis tout en maintenant l'émission monomode tranverse. La simulation optique et la conception de ce miroir sera réalisé à l'aide d'une méthode de calcul numérique originale basée sur le principe des automates cellulaires. De plus, la réalisation d'un tel miroir implique une levée de verrous technologiques comme la maîtrise de la gravure des alliages antimoniures à l'échelle nanométrique, ainsi que l'oxydation thermique sélective de ces alliages. Notre proposition aborde ansi un développement expérimental de VCSELs pompés électriquement émettant dans le moyen infrarouge., avec pour but une extension de la longueur d'onde d'émission allié à une amélioration notable des performances électro-optiques.