Dynamique ultrarapide de lasers à cascade quantique Terahertz - Le graphène comme émetteur Terahertz
Jean Maysonnave (LPA)

Résumé

La gamme des ondes terahertz (THz) se situe à l’interface des domaines
électronique et optique. Malgré un potentiel d’applications élevé, elle
souffre d’un manque de dispositifs performants. Dans ce cadre, cette thèse
se concentre sur l’étude fondamentale et la réalisation de nouvelles
fonctionnalités associées à différentes sources THz, en utilisant la
spectroscopie THz dans le domaine temporel (TDS). Cet outil puissant
permet de mesurer le profil temporel d’un champ électrique THz et est
utilisé pour explorer l’émission THz de lasers à cascade quantique (LCQ)
et de graphène.
Dans une première partie, la réponse ultrarapide de LCQs est étudiée. Un
contrôle de la phase du champ électrique de LCQs THz via la technique
"d’injection seeding" est réalisé puis optimisé. Il nous permet de mesurer
le profil temporel de l’émission laser. A l’appui de cette expérience et
de simulations, une description quantitative de la dynamique du gain est
faite. Ces informations sont critiques pour la production d’impulsions
courtes. Une modulation rapide du gain de LCQ est ensuite réalisée et
conduit à la génération d’impulsions courtes (durée _ 15 ps) en régime de
blocage de modes. Ces études permettent notamment d’envisager les LCQs
comme sources puissantes pour la TDS.
Dans une seconde partie, nous montrons que le graphène peut émettre un
rayonnement THz sous excitation optique par un effet non linéaire d’ordre
2. Cette émission résulte d’un transfert de quantité de mouvement des
photons aux électrons du graphène ("photon drag"). Elle permet ainsi
d’explorer des propriétés subtiles du graphène, telles que de très faibles
différences de comportement entre les électrons et trous photogénérés.