Laser ¨¤ tr¨¨s faible seuil dans un simple guide d'onde

Dans le domaine des communications tr¨¨s haut d¨¦bit, le photon a pris la place de l'¨¦lectron depuis plusieurs ann¨¦es. Les diodes laser ¨¤ semi-conducteurs occupent d¨¦sormais une place importante car ces composants convertissent le signal ¨¦lectrique (¨¦lectron) en signal optique (photon). Pour ¨¦mettre un faisceau de lumi¨¨re coh¨¦rente (laser), une certaine quantit¨¦ d'¨¦nergie est n¨¦cessaire ¨¤ la diode laser pour atteindre le seuil de fonctionnement. Il est important de minimiser ce seuil pour ¨¦conomiser de l'¨¦nergie. Pour cela nous utilisons des pi¨¨ges ¨¤ photons que l'on appelle microcavit¨¦ optique. La structure est compos¨¦e d'une couche active de semi-conducteur plac¨¦e entre deux miroirs tr¨¨s r¨¦fl¨¦chissants (¨¤ plus de 99%). Ce r¨¦sonateur permet de confiner des photons et de les faire interagir fortement avec les excitons (¨¦lectrons dans un ¨¦tat excit¨¦) du semi-conducteur. Ce couplage lumi¨¨re-mati¨¨re conduit ¨¤ la diminution du seuil d'un facteur 100 par rapport ¨¤ celui obtenu avec une diode laser standard. Cependant la r¨¦alisation de ce composant n'est pas simple. Il n¨¦cessite au moins 80 couches de quelques dizaines de nanom¨¨tres et plusieurs ¨¦tapes technologiques suppl¨¦mentaires pour finaliser le composant.

Nos recherches ont permis de d¨¦montrer qu'il est possible d'obtenir une diode laser ¨¤ tr¨¨s faible seuil, bas¨¦e sur un couplage fort lumi¨¨re-mati¨¨re, mais avec seulement trois couches (Figure 1), ce qui les rend plus simples et moins on¨¦reuses ¨¤ fabriquer. Le principe physique reste le m¨ºme que dans la microcavit¨¦ mais ici les photons sont guid¨¦s et confin¨¦s dans le plan des couches comme dans une fibre optique. Ils interagissent fortement avec les excitons et se propagent sur des distances allant jusqu'¨¤ 20 ¨¤ 30 microm¨¨tres. Nous avons d¨¦termin¨¦ comment le seuil du laser peut ¨ºtre facilement contr?l¨¦ soit par la taille du r¨¦sonateur horizontal soit par la taille de la zone o¨´ l'on cr¨¦e les photons (Figure 2). De plus, nous avons mis en ¨¦vidence la possibilit¨¦ d'amplifier le signal optique ¨¦mis par la structure ¨¤ quelques microm¨¨tres de la source. Le seuil de ce nouveau syst¨¨me est faible et il est encore possible de le r¨¦duire en am¨¦liorant le confinement et le guidage des photons.

Ce nouveau composant opto¨¦lectronique ouvre de larges perspectives car il permet des ¨¦conomies d'¨¦nergie et il est aussi capable de faire des calculs avec de la lumi¨¨re. Il peut ais¨¦ment ¨ºtre utilis¨¦ pour les communications inter- et intra-composants et pour alimenter des syst¨¨mes tout optique.

?mission de la structure en fonction de la puissance d¡¯excitation mesur¨¦e ¨¤ temp¨¦rature ambiante (l¡¯abscisse correspond ¨¤ l'¨¦nergie ¨¤ laquelle ¨¦met la structure et l'ordonn¨¦e correspond ¨¤ l'intensit¨¦ de l'¨¦mission).