Préparation du faisceau

La ligne du laser est schématisée sur la gure 3.3 et les explications qui vont suivre s'ap-puieront sur ce schéma. Comme le montre le schéma de la gure 3.2, cette partie est isolée du reste du montage par une bre monomode qui va faire oce de ltre spatial. Un des ob-jectifs de cette séparation est de pouvoir modier et caractériser les paramètres du faisceau incident (puissance, longueur d'onde) sans perdre l'alignement de l'expérience. On cherche également à pouvoir utiliser diérents lasers en parallèle notamment pour des expériences de photoluminescence.

An de pouvoir modier la longueur d'onde du faisceau incident, nous utilisons un laser accordable en longueur d'onde. Nous utilisons une diode laser à cavité externe modèle DL pro 940 de Toptica accordable entre 910 nm et 970 nm. Pour changer la longueur d'onde, on peut avoir un réglage n sur une courte plage de longueur d'onde ou un réglage grossier sur une large plage de longueur d'onde :

3.1. Présentation du montage expérimental Ordinateur Préparation du faisceau Mise en forme du faisceau et alignement Fibre monomode (Filtrage spatial) Cryostat avec échantillon Analyses et mesures Synchronisation Eclairage et visualisation

Figure 3.2.  Schéma des diérentes parties du montage expérimental

Laser 810nm Polariseur Ʌ Ʌ Ʌ Ʌ_\4 Densité variable Ʌ Ʌ Ʌ Ʌ\2 Modulateur Électro-optique (voir Fig.6) C1 C2 Polariseur Vers l’échantillon (fibre monomode) Amplificateur de tension Générateur de fréquence MHz Ʌ Ʌ Ʌ Ʌ””””îîî››™™™™ŒŒŒŒ ^{Laser accordable} 910-980nm Source de tension

Figure 3.3.  Schéma de la partie du montage experimental correspondant à la préparation du faisceau.

- En déplaçant le moteur à l'intérieur de la diode laser pour modier la position de la cavité, nous changeons de mode de cavité et la longueur d'onde change avec un pas d'environ 100 pm à 200 pm. On peut obtenir de très larges spectres mais le pas en longueur d'onde n'est pas susament précis et reproductible pour permettre des expériences de spectroscopie résonante avec une grande résolution.

- En utilisant une source de tension Keithley 2400 pour appliquer une tension entre -5 et 5V aux bornes de la cavité du laser, on change précisèment la longueur d'onde du laser sur une plage d'environ 200 pm environ. Un spectre de résolution inférieure à une fraction de picomètre sur environ 200 pm peut ainsi être obtenu. Il est possible que des sauts de mode se produisent à l'intérieur de la cavité laser, sautant d'une longueur d'onde à une autre par pas de 200 pm environ. Cependant, il existe généralement des paramètres pour lesquels ces sauts de mode peuvent être évités.

On utilise la deuxième méthode pour obtenir des spectres de réectivité et on couple les deux méthodes pour obtenir des spectres larges supérieurs à 200 pm avec une grande résolution. Le contrôle du laser se fait par ordinateur grâce au logiciel Labview (le moteur du laser étant connecté par connexion RS232 et la source de tension par connexion GPIB). La diode laser est connectée à une bre monomode qui permet d'injecter le faisceau dans le montage expérimental.

De plus, an de connaître la longueur d'onde à chaque mesure de réectivité, une très faible partie du faisceau est envoyée sur un lambdamètre au niveau du cube C1. Cet instrument de marque Highnesse est connecté via USB et utilise son propre logiciel. La communication avec Labview est toutefois possible pour mesurer la longueur d'onde en temps réel.

Dans l'idée d'eectuer des expériences de détection synchrone avec le meilleur rapport signal sur bruit possible, la grande majorité du faisceau pénètre ensuite dans un cristal électro-optique (EM 200A, Leysop). Le principe du modulateur est représenté sur la gure 3.4. Ce cristal constitué de deux cellules de Pockels permet de moduler le laser incident. L'électro-optique transforme en eet le laser continu en signal créneau optique permettant une détection synchrone. Un générateur de fréquence permet de générer un signal créneau électrique de fréquence réglable entre 0 et 2MHz, qui est amplié par un amplicateur M250 (entreprise Leysop). Le signal après amplication est envoyé sur le cristal électro-optique qui, se basant sur l'eet Pockels, voit sa biréfringence modiée suivant la tension appliquée. Pour obtenir une modulation optimale du faisceau, le modulateur est positionné entre deux polariseurs parallèles et une lame quart d'onde qui impose une polarisation circulaire à l'entrée du cristal électro-optique. De cette manière, le modulateur électro-optique est passant à tension nulle et bloquant à tension négative et on module ainsi le faisceau laser.

Pour contrôler la puissance envoyée sur l'échantillon, nous utilisons des densités variables sur le chemin du laser, représentées avant le cube C2 sur la gure 3.3. On peut ainsi faire varier la puissance entre plusieurs dizaines de µW jusqu'à la limite mesurable c'est à dire quelques pW . Ces densités modient néanmoins la trajectoire du faisceau ainsi que son prol. Pour palier à ce problème, nous utilisons une bre monomode et également à maintien de polarisation pour éviter les uctuations de polarisation rendant le signal instable. Cette bre découple la partie consacrée au réglage du laser et celle consacrée à la mesure comme le schématise la gure 3.2. Une lame demi-onde est placée juste avant la bre an d'aligner la polarisation du faisceau sur l'axe rapide de la bre et maximiser la puissance en sortie de

3.1. Présentation du montage expérimental

Générateur de fréquence

Amplificateur de tension

Polariseur Lame quart d’onde Modulateur optique Laser Polariseur ON OFF

Laser Laser Laser

Ou

ou

Etat de polarisation:

Elements optique:

Figure 3.4.  Schéma de principe des cellules électro-optiques. Le faisceau incident continu est modié en signal optique en créneau via une modication périodique de la biréfringence de la cellule.

bre.

Pour mesurer des spectres de photoluminescence nous avons rajouté un cube séparateur C2 qui permet d'injecter un faisceau laser non résonant à 810 ou 850nm à travers le même chemin optique que le laser résonant. Comme pour le laser accordable, on peut modier la puissance à l'aide de densités variables. Le faisceau non résonant est aligné avec la bre à l'aide de miroirs qui ne sont pas représentés sur le schéma. Les faisceaux vont ensuite parcourir la bre et pénétrer dans les autres parties du montage expérimental.

3.1.3. Mise en forme du faisceau, alignement, éclairage et