DEveloppement de Lasers Terahertz Antimoniures – DELTA

Le projet DELTA a pour objectif général de mettre au point une nouvelle technologie de lasers à cascade quantique (QCL) émettant dans l’infrarouge lointain, jusqu’au THz. Cette région du spectre électromagnétique offre un intérêt pour de nombreux domaines d’application tels que la médecine, la sécurité, l’astronomie ou les télécommunications. Les QCL ont fait leur apparition dans le domaine THz il y a près de 10 ans avec des atouts indéniables en termes de compacité, de versatilité et de coût par rapport aux différents composants ou systèmes permettant de générer un rayonnement THz (Lasers à gaz, oscillateurs à tube à vide, multiplicateurs de fréquence électroniques, lasers à impulsions femtoseconde…). Ces composants exploitent des transitions électroniques inter-sousbandes dans des hétéro-structures quantiques basées sur la filière de semiconducteurs III-V GaAs. Les QCL THz fonctionnement aujourd’hui jusqu’à une température de 186 K avec une puissance émise de quelques dizaines de mW crête. La plus grande longueur d’onde obtenue à température ambiante est aujourd’hui de 16 µm. L’amélioration de ces performances est un enjeu important pour leur émergence sur un marché applicatif.
Le projet DELTA propose une filière de matériaux alternative pour réaliser des QCL émettant dans l’infrarouge lointain et le THz : la filière antimoniure avec les matériaux InAs et AlSb. L’atout fondamental de cette solution est la faible masse effective des électrons dans InAs (0.023 m0), comparée à 0.067 m0 dans GaAs. Ceci ce traduit par un gain optique intrinsèque trois fois plus élevé, qui permettra de réduire les courants de seuil de ces QCL et ainsi de repousser les limites intrinsèques actuelles des QCL émettant dans l’infrarouge lointain et le THz. Nous sommes convaincu que cette solution originale peut apporter une avancée majeure dans ce domaine.
Pour ce travail, nous rassemblons les compétences complémentaires de trois groupes de recherche reconnus au niveau international pour leurs travaux respectifs dans le domaine : QCL antimoniures moyen-IR à l’Université de Montpellier 2 (IES) ; plasmonique et QCL moyen-IR et THz à cristaux photoniques à l’Université Paris-Sud (IEF) ; effets non-linéaires et physique des QCL moyen-IR et THz à l’Université Paris-Diderot (MPQ). D’importants moyens humains et technologiques, appuyés par des savoir-faire au niveau de l’état de l’art, seront mis en œuvre pour la réussite de ce projet.