Cavité externe simplifiée pour émetteurs MIR – CALITREC

Le projet CALITREC vise à développer de nouvelles sources à cavité externe émettant dans le domaine moyen infrarouge, basées sur les lasers à cascade quantique (QCL) et sur l’utilisation d’un nouveau type de miroir sélectif en longueur d’onde, inspiré des filtres à réseaux résonants ‘GMRF), appelés CRIGF (pour Cavity Resonant Integrated Grating Filters).
Les filtres CRIGF permettent de réaliser des miroirs de forte réflectivité et de bande passante très étroite, tout comme les filtres à réseaux résonants, mais en présentant une très forte acceptance angulaire. Cette particularité permet leur utilisation avec des diodes laser dans des cavités externe de type œil de chat, mais simplifiée. La cavité ne consiste que de trois éléments : la diode laser, une lentille bille, et le filtre CRIGF, alignés pour former une relation objet/image entre la diode laser et le filtre. L’alignement de ces cavité est rendu de ce fait extrêmement robuste et tolérant envers des désalignements, en évitant les difficultés usuellement rencontrées lors de l’utilisation de cavité accordables à réseau en configuration Littrow our Littman-Metcalf. Plus encore, l'utilisation de filtres CRIGF permet d'ajuster indépendamment les différents paramètres de conception d'un cavité externe : la taille du mode optique,la sélectivité spectrale de l'élément diffractant et la pente d'accord en longueur d'onde.
Le projet CALITREC comprend trois phases visant à démontrer des cavités accordables à QCL dans 2 fenêtres spectrales du moyen infrarouge.
- une première phase visera à concevoir et démontrer des filtres CRIGF dans le domaine moyen infrarouge
- une seconde phase verra l'implémentation de ces filtres dans des cavités externes couplées à des lasers à cascade quantique. Nous utiliserons des filtres CRIGF à gradient pour chercher à démontrer une accordabilité spectrale sur une large gamme, avec une insistance forte sur la démonstration de précision et de répétabilité d'accord qui semblent les deux points clé sur lesquels l'utilisation de filtres CRIGF peut permettre une rupture de performances.
- une dernière phase se consacrera à l'étude et à la réalisation de filtres combinant des plages d'accord large à des plages d'accord fin permettant une couverture complète d'une grande gamme spectrale (100cm-1) combinée à des plages d'accordabilité fine sans saut de mode.

Les retombées espérées du projet sont nombreuses. Premièrement, nous visons à démontrer des QCL en cavité externe présentant des performances à l’état de l’art et des accordabilités record, dans deux fenêtre de transparence atmosphérique, tout en utilisant des concepts et matériaux qui permettront une transposition aisée vers n’importe qu’elle autre région spectrale accessible aux lasers à cascade quantique. Ensuite, d’un point de vue théorique, nous visons à développer de nouveaux outils permettant de concevoir et modéliser des structures périodiques de taille finie. Enfin, expérimentalement, nous allons développer de nouvelles générations de structures QCL et CRIGF chacune porteuse de nombreuses applications allant bien au-delà de ce seul projet.
Pour atteindre ces objectifs, CALITREC rassemble 4 laboratoires complémentaires. III-V Lab apporte sa maitrise reconnue des QCLs et la modélisation des CRIGF s’appuie sur la large expérience de modélisation des réseaux résonants de l’Institut Fresnel. Le LAAS est le seul laboratoire français ayant une expérience à la fois sur la réalisation de ces structures et sur leur implémentation dans des cavité externes, et l’Ecole Centrale Paris s’appuiera sur son experience de spectroscopie moyen infrarouge pour apporter des mesures de réflectivité quantitatives des CRIGF qui permettront de validé les modèles développés.