octobre 2015 – octobre 2018

Projet ANR-15-CE24-0034 (ANR)

Études des boites pour la réalisation d’un laser de type VECSEL bi-fréquence et en injection électrique.

Contexte

La génération de signaux de haute pureté spectrale aux fréquences balayant la dizaine de GHz à quelques THz connait un intérêt croissant pour un grand nombre d’applications très variés, des domaines liés aux technologies de communication radio sur fibre, de la génération et la détection de signaux radar, jusque la génération de signaux THz par photomélange. Actuellement la plupart des systèmes reposent sur des lasers solides bi-fréquence (bi-f), ou encore plus récemment sur des semiconducteurs. Bien que ces dispositifs lasers montrent d’excellence performances, les architectures qui les caractérisent restent encore complexes, et peu compactes principalement liés au pompage optique.

Objectifs

L’objectif principal du projet Idylic est de réaliser un nouveau type d’émetteur laser bi-fréquence cohérent, ultra-stable, fonctionnant aux longueurs d’onde télécom, compact et sous excitation électrique. Le composant ainsi développé devra présenter une excellente pureté spectrale, un très bas niveau de bruit, et permettra d’adresser des différences de fréquence de 0.1 à 4 THz. Pour se faire, le projet Idylic repose sur l’intégration d’un milieu à gain inhomogène que sont les boites quantiques semiconductrices (BQs), au sein d’une cavité laser de grande stabilité telle que les VECSEL. Les principaux objectifs sont :

  • Études et optimisations des BQs pour la réalisation de laser bi-fréquence. Corrélation entre propriétés structurales et optiques par mélange 4 ondes
  • Démonstration d’un VECSEL à QD bi-fréquence en injection optique
  • Développement technologique des VECSEL en injection électrique
  • Démonstration d’un VECSEL à QD bi-fréquence en injection électrique

Production scientifique

20 documents

Journal articles9 document

  • H.-M. Phung, Philipp Tatar-Mathes, Cyril Paranthoën, Christophe Levallois, Nicolas Chevalier, et al.. Quantum dot membrane external-cavity surface-emitting laser at 1.5 μm. Applied Physics Letters, 2021, 118 (23), pp.231101. ⟨10.1063/5.0053961⟩. ⟨hal-03362761⟩
  • Anwar Kerchaoui, Alexandru Mereuta, Andrei Caliman, Cyril Paranthoen, Christophe Levallois, et al.. Electrically pumped shot-noise limited class A VECSEL at telecom wavelength. Optics Letters, 2021, 46 (10), pp.2465-2468. ⟨10.1364/OL.412746⟩. ⟨hal-03362767⟩
  • Cyril Paranthoen, Christophe Levallois, Gaëlle Brevalle, Mathieu Perrin, Alain Le Corre, et al.. Low threshold 1550 nm emitting QD optically pumped VCSEL. IEEE Photonics Technology Letters, 2021, 33 (2), pp.69-72. ⟨10.1109/LPT.2020.3044457⟩. ⟨hal-03101472⟩
  • Kostiantyn Nechay, Alexandru Mereuta, Cyril Paranthoën, Gaëlle Brévalle, Christophe Levallois, et al.. High-Power 760 nm VECSEL Based on Quantum Dot Gain Mirror. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2020, 56 (4), pp.2400404. ⟨10.1109/JQE.2020.2986770⟩. ⟨hal-02876675⟩
  • Arthur Vallet, Laurent Chusseau, Fabrice Philippe, Alain Jean-Marie, Gaëlle Brévalle, et al.. Modeling the Lamb mode-coupling constant of quantum well semiconductor lasers. Optics Express, 2020, 28 (15), pp.21407-21419. ⟨10.1364/OE.395790⟩. ⟨hal-02893111⟩
  • Kostiantyn Nechay, Alexandru Mereuta, Cyril Paranthoen, Gaëlle Brévalle, Christophe Levallois, et al.. InAs/InP quantum dot VECSEL emitting at 1.5 μm. Applied Physics Letters, 2019, 115 (17), pp.171105. ⟨10.1063/1.5125632⟩. ⟨hal-02338850⟩
  • Gaëlle Brévalle, Salvatore Pes, Cyril Paranthoen, Mathieu Perrin, Christophe Levallois, et al.. Direct measurement of the spectral dependence of Lamb coupling constant in a dual frequency quantum well-based VECSEL. Optics Express, 2019, 27 (15), pp.21083-21091. ⟨10.1364/OE.27.021083⟩. ⟨hal-02290437⟩
  • Arthur Vallet, Laurent Chusseau, Fabrice Philippe, Alain Jean-Marie. Markov model of quantum fluctuations at the transition to lasing of semiconductor nanolasers. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 2019, 105, pp.97-104. ⟨10.1016/j.physe.2018.08.028⟩. ⟨hal-01888162⟩
  • Laurent Chusseau, Arthur Vallet, Mathieu Perrin, Cyril Paranthoen, Mehdi Alouini. Lamb mode-coupling constant in quantum-dot semiconductor lasers. Physical Review B, 2018, 98 (15), pp.155306. ⟨10.1103/PhysRevB.98.155306⟩. ⟨hal-01975604⟩

Conference papers8 document

  • Hoy-My Phung, Philipp Tatar-Mathes, Cyril Paranthoen, Christophe Levallois, Nicolas Chevalier, et al.. Quantum dot membrane external-cavity surface-emitting laser (MECSEL) at 1.5µm. 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), Jun 2021, Munich, Germany. ⟨10.1109/CLEO/Europe-EQEC52157.2021.9542252⟩. ⟨hal-04195075⟩
  • Cyril Paranthoen, Hoy-My Phung, Anwar Kerchaoui, Alexandru Mereuta, Christophe Levallois, et al.. 1550 nm InAs QD on InP for VECSEL and MECSEL applications. Compound Semicondcutor Week 2021 (CSW 2021), May 2021, Stockholm (online), Sweden. ⟨hal-03413020⟩
  • Kostiantyn Nechay, Alexandru Mereuta, Cyril Paranthoen, Gaëlle Brévalle, Christophe Levallois, et al.. High-power InAs quantum dot VECSEL with fundamental mode emission at 1.5 µm (Conference Presentation). Vertical External Cavity Surface Emitting Lasers (VECSELs) X, Feb 2020, San Francisco, United States. pp.18, ⟨10.1117/12.2548436⟩. ⟨hal-02890629⟩
  • Gaëlle Brévalle, Mathieu Perrin, Cyril Paranthoen, Yoan Léger, Christophe Levallois, et al.. Spectral Hole Burning Spectroscopy on Quantum Dashes and Quantum Dots for Dual-Frequency Laser Engineering. Compound Semiconductor Week 2019 (CSW 2019), May 2019, Nara, France. pp.1-2. ⟨hal-02290557⟩
  • Gaëlle Brévalle, Salvatore Pes, Cyril Paranthoen, Mathieu Perrin, Christophe Levallois, et al.. Mode Coupling Measurement in Dual-Frequency Quantum Well-based VECSEL. Compound Semiconductor Week 2019 (CSW 2019), May 2019, Nara, Japan. pp.1-2. ⟨hal-02290594⟩
  • Cyril Paranthoen, Christophe Levallois, Nicolas Chevalier, Alain Le Corre, Gaëlle Brévalle, et al.. 1545 nm Quantum Dot Vertical Cavity Surface Emitting Laser with low threshold. Compound Semiconductor Week 2019 (CSW 2019), May 2019, Nara, France. ⟨hal-02290603⟩
  • Gaëlle Brévalle, Mathieu Perrin, Cyril Paranthoen, Yoan Léger, Christophe Levallois, et al.. 1.5 µm Quantum Dots Spectral Hole Burning experiments for dual frequency laser engineering. 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018), Jul 2018, Montpellier, France. ⟨hal-01859151⟩
  • Arthur Vallet, Laurent Chusseau, Fabrice Philippe, Alain Jean-Marie. Semiconductor laser Markov models in the micro-canonical, canonical and grand-canonical ensembles. SigmaPhi, Jul 2017, Corfu, Greece. pp.1-42. ⟨hal-01649568⟩

Poster communications3 document

  • Kostiantyn Nechay, Alexandru Mereuta, Cyril Paranthoen, Gaëlle Brévalle, Christophe Levallois, et al.. High-power InAs quantum dot VECSEL emitting at 1.5 µm. Optics and Photonics Days 2019 (OPD 2019), May 2019, Espoo, Finland. ⟨hal-02291451⟩
  • Gaëlle Brévalle, Mathieu Perrin, Cyril Paranthoen, Christophe Levallois, Yoan Léger, et al.. Structural & Spectroscopic Study of InAs/InP Quantum Dots for Dual-Frequency Laser Engineering. 16è Journées Nano, Micro et Optoélectronique (JNMO 2018), Jun 2018, Agay, France. ⟨hal-01859165⟩
  • Gaëlle Brévalle, Mathieu Perrin, Cyril Paranthoën, Christophe Levallois, Yoan Léger, et al.. Investigation of a Quantum Dot Vertical External-Cavity Surface-Emitting Laser: Towards THz Frequency Generation. 37è Journées Nationales d'Optique Guidée (JNOG 2017), Jul 2017, Limoges, France. 2017. ⟨hal-01693879⟩

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Coordinateur

Cyril PARANTHOEN (Foton-OHM)

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IDYLIC : Investigation of quantum Dots within electricallY excited vertical and external cavity surface emitting Lasers for the realIzation of a Coherent and compact dual wavelength laser
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