DS07 - Société de l'information et de la communication

NanoAntennes pour Emetteurs InfraRouge – IRENA

Résumé de soumission

Les sources de rayonnement dans le proche infrarouge sont utilisées pour des applications de type télécommande ou communication à faible portée. Les technologies actuelles utilisent des diodes qui fonctionnent dans le proche infrarouge du fait des performances des sources et détecteurs. Ce type de liaison ne peut pas être étendu à des distances plus grandes du fait de la sensibilité du signal à la diffusion de la lumière par des poussières ou des polluants ou les fluctuations d'indice. Heureusement, l'atmosphère a deux fenêtres de transparence dans le moyen infrarouge (MIR) à 3-5µm et 8-12 µm pour lesquelles la diffusion qui varie comme la fréquence à la puissance 4 est beaucoup plus faible. Développer des sources dans cette gamme de fréquences pourrait donc impacter l'industrie. De plus, les sources MIR sont indispensables pour de nombreuses applications telles que la détection des gaz et des polluants ou encore le chauffage radiatif et le séchage.

Les sources actuellement disponibles dans le moyen infrarouge sont des lasers à gaz, des oscillateurs paramétriques et des lasers à cascade quantique qui sont volumineux et chers. Les seules sources bon marché et compactes sont des membranes incandescentes et des globars. Le but de ce projet est d'introduire un nouveau paradigme pour l'émission dans le moyen infrarouge afin d'obtenir des sources i) compactes et bon marché dans la gamme 3-12 µm, ii) pouvant être modulées à haute fréquence.

Nous allons étudier deux types de sources excitées électriquement: des diodes électroluminescentes utilisant des puits quantiques et des sources incandescentes. Jusqu'ici, les transitions intersousbandes dans les puits quantiques sont utilisées dans les lasers à cascade quantique. Elles ne peuvent pas être utilisées dans en régime d'émission spontanée car le temps de relaxation non radiative (1ps est beaucoup plus court que le temps de désexcitation par émission spontanée (1 ns). De ce fait, le rendement est extrêmement faible. Ceci peut être amélioré en accélérant la désexcitation radiative par un facteur supérieur à 100 en utilisant des nanoantennes. Ainsi, les nanoantennes seront la clé de la conception de diodes électroluminescentes fonctionnant dans le moyen infrarouge qui pourront être modulées au-delà du GHz puisque le temps de relaxation reste 1 ps.

De leur côté, les sources incandescentes ont une fréquence de modulation limitée par le temps de refroidissement par diffusion thermique. Cependant, un objet ayant une talle caractéristique de 100 nm aura un temps typique de refroidissement par conduction de l'ordre de 10 ns. Etant si petit, sa section efficace d'absorption et d'émission est très petite. En le couplant à une antenne, il est possible d'augmenter cette puissance. Nos calculs préliminaires montrent qu'un réseau de nanoémetteurs couplés à des antennes peut atteindre une émissivité idéale de 1.

En résumé, nous allons concevoir et fabriquer des nanoantennes qui permettront de réaliser des émetteurs dans le moyen infrarouge à la fois compacts et bon marché, soit des diodes soit des sources incandescentes, qui pourront être modulées à des fréquences records.

Coordination du projet

Jean-Jacques Greffet (Laboratoire Charles Fabry)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

IEMN Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie
UPSud/C2N Universite' Paris Sud / Centre de Nanosciences et Nanotechnologies
IOGS-LCF Laboratoire Charles Fabry

Aide de l'ANR 493 777 euros
Début et durée du projet scientifique : - 42 Mois

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