Comparaison de diérents échantillons

5.4.7.1 LCQ à guide simple plasmon

Le but de cette étude est de tester si le mélange d'onde peut s'appliquer à dif- férents LCQ THz, possédant des caractéristiques diérentes, du point de vue de la région active. Nous avons étudié deux LCQ "bound-to-continuum" et un LCQ

5.4. Résultats 143

Figure 5.25  A gauche : Prol d'intensité issue du spectre 2D haute résolution de la raie générée montrant les modes Fabry-Pérot espacés de 30 GHz.A droite : Image 2D du spectre en fausses couleurs.

Figure 5.26  Spectres de l'émission du LCQ V193 en fonction du courant injecté mesuré par la technique de conversion de fréquences.

Figure 5.27  Ecacité en fonction de l'énergie d'excitation pour les échantillons ART 217 (2.1 THz, en noir), V193 (2.7 THz, en rouge) et L537 (4.5 THz, en vert).

reposant sur une dépopulation par phonons LO.

Le premier est le V193 (croissance de l'Université de Cambridge) émettant autour de 2.7 THz d'une longueur de cavité de 1.5 mm reposant sur un dessin "bound-to- continumm" de Barbieri et al. [Barbieri 2004] dont les mesures ont été présentés dans les paragraphes précédents. Le second est l'ART 217 (croissance de Alcatel-Thalès III-V Labs) émettant autour de 2.1 THz reposant sur un type de dessin similaire de Worral et al. [Worral 2005] d'une longueur de cavité de 3 mm. Le troisième L537 (croissance de l'Université de Leeds) émet autour de 4.5 THz et repose sur un dessin avec dépopulation par phonons LO inspiré de Kumar et al. [Kumar 2009] d'une longueur de cavité de 2 mm. La gure 5.27 représente l'ecacité normalisée mesurée pour les trois échantillons en fonction de l'énergie d'excitation. Certains point sont remarquables. Tout d'abord, l'énergie d'excitation doit être plus grande pour observer un mélange lorsque la fréquence d'émission THz du LCQ est plus élevée. L'autre point est que la largeur spectrale de l'ecacité augmente également avec la fréquence d'émission du LCQ. Elle vaut 7.2 meV pour l'échantillon émettant à 2.1 THz, 10.6 meV pour celui à 2.7 THz et 13 meV pour celui à 4.5 THz. Ces résultats sont discutés en section 5.5.1.

5.4. Résultats 145

Figure 5.28  Spectres pour diérentes énergies de pompe de l'échantillon V193 en guide double métal présentant la génération de la diérence de fréquences.

5.4.7.2 LCQ à guide double métal

Tester le mélange d'onde dans des LCQ THz possédant un guide double métal est d'intérêt en raison du très fort facteur de connement du mode THz dans le guide (voir chapitre 2) permettant ainsi un bon recouvrement du mode THz et du mode proche-IR pouvant améliorer l'ecacité de conversion. L'échantillon que nous avons étudié ici est également un V193 mais en guide double métal avec une longueur de cavité de 2 mm.

Le mélange a été également observé, mais les données sont peu exploitables pour une analyse et une interprétation convenable. En eet, plusieurs dicultés ont été rencontrées. Tout d'abord, il est délicat d'obtenir des facettes sans défauts pour ces dispositifs. Or, la qualité du couplage de faisceau proche-IR est fortement dépen- dante de la qualité des facettes (pour l'émission THz cela n'est pas critique pour les LCQ avec ce type de guide). Un autre problème concerne la largeur des rubans lasers (50 µm en moyenne contre 250 µm pour un guide simple plasmon) ce qui rend le couplage (lorsque celui-ci est acceptable) peu stable (en raison des dérives méca- niques du support du cryostat) qui nuit fortement à la reproductibilité des mesures. La gure 5.28 montre que le mélange d'onde a tout de même été réalisé dans cet échantillon mais avec une ecacité moindre comparée au guide simple plasmon.

Figure 5.29  Allure des modes THz et proche-IR pour l'échantillon possédant une couche de GaAs de 1.5 µm insérée dans la zone active et utilisée pour conner le mode proche-IR.

5.4.7.3 LCQ avec guide proche-IR inséré dans la région active

L'origine de l'interaction non-linéaire a pu être testée par l'utilisation d'un LCQ avec un guide pour le proche-IR en GaAs d'environ 1.5 µm inséré dans la région active tel que présenté dans les travaux de Dhillon et al. [Dhillon 2007]. Dans le travail de Dhillon et al., le connement du mode proche-IR dans une couche de GaAs a été réalisé dans le but de maximiser l'interaction non-linéaire avec le χ(2)

du massif du GaAs. La gure 5.29 présente l'allure des prols d'intensité des modes THz et proche-IR dans cet échantillon. Contrairement aux échantillons dont le guide pour le proche-IR est formé du contact métallique supérieur du LCQ et de la couche AlGaAs au-dessus du substrat, ici le mode proche-IR reste conné dans le guide en GaAs. Pour cet échantillon, nous n'avons jamais pu observé de mélange malgré de nombreuses tentatives. Cela conrme l'idée selon laquelle la conversion de fréquences provient de l'interaction avec des états connés dans les puits quantiques. En eet, avec ce type de guide, il n'y a pas de recouvrement spatial avec la région active du LCQ.

5.4.7.4 Comparaison avec la littérature

La tableau suivant dresse un récapitulatif des études réalisées pour la conversion de fréquences impliquant un faisceau proche-IR et un faisceau dans le moyen ou lointain IR. Comparées aux travaux eectués par d'autres équipes, les résultats que nous obtenons montrent que l'ecacité obtenue est deux ordres de grandeurs su-

5.4. Résultats 147 périeurs aux travaux utilisant des LCQ comme source de rayonnement. L'ecacité que nous obtenons est comparable aux travaux utilisant un laser à électrons libres comme source de rayonnement THz. Cela est permis par l'utilisation d'un LCQ comme milieu non-linéaire où l'interaction a pour siège les puits quantiques de la région active. Exciter optiquement un système de façon résonante permet d'exalter la susceptibilité non-linéaire. Ce qui dière également des précédents travaux (sauf Dhillon et Kono) est la géométrie de l'interaction qui est colinéaire. En eet, l'inter- action peut a priori avoir lieu sur une grande longueur de propagation (longueur de la cavité du LCQ) et tire partie également de la grande densité de puissance THz intracavité, ce qui contribue à l'obtention d'une ecacité de conversion élevée.

Auteur Structure Type d'interaction η(%) Géométrie Kono-1997 Puits GaAs/AlGaAs χ(3) _{résonant 0.05 Colinéaire}

Carter-2003 Puits GaAs/AlGaAs χ(2) _{et χ}(3) _{résonant 0.2 Orthogonale}

Zervos-2006 LCQ MIR χ(2) _{résonant 10}−3 _Réexion

Dhillon-2007 LCQ THz χ(2) _{massif GaAs 10}−3 _Colinéaire

Ce travail LCQ THz χ(2) résonant 0.12 Colinéaire Une revue de la littérature sur le sujet des non-linéarités interbandes résonantes montre des points de désaccords, notamment sur l'ordre de grandeur de la suscep- tibilité non-linéaire qui présente une grande disparité, autant expérimentale que théorique. Ce problème a été soulevé et synthétiser par Khurgin dans la référence [Garmire 1999].