les lasers À cascade quantique COMPRENDRE quel que soit le courant injecté dans le dispositif. En d’ autres termes, la région active d’ un QCL, dont les performances sont déterminées par l’ ingénierie des structures de bande, peut être considérée comme un amplificateur de lumière idéal, permettant d’ augmenter le flux de photons pour tout courant injecté. En présence de photons dans la cavité( S > 0), on trouve que l’ inversion de population est fixée par les caractéristiques de la cavité:
N 3 – N 2 = α tot c——. Cela veut dire qu’ au- σ neff
dessus du seuil laser, chaque électron injecté sur l’ état excité de la transition laser donne lieu à un photon stimulé. En résolvant les équations de bilan à l’ état stationnaire, on obtient la densité de photons en cavité en fonction de la densité de courant injecté comme:
S = 1— στ3( J—
Jth
– 1) avec J th = α tot ce—— σ neff
1
— τ3
( dans l’ approximation τ 2 <<τ 3). La puissance émise par le laser est donc linéaire avec le courant injecté. La figure 2 présente les caractéristiques électriques et optiques mesurées d’ un
QCL commercial( Alpes Lasers) avec une longueur d’ onde d’ émission de 4.9 µ m. Sur l’ axe de gauche on lit le voltage aux bornes du dispositif mesuré en fonction du courant injecté. On peut reconnaitre la caractéristique typique d’ un dispositif tunnel résonant: pour une certaine valeur de la tension, l’ injecteur est résonant avec l’ état excité de la transition laser et le courant commence à circuler dans la structure. Sur l’ axe de droite est tracée la caractéristique optique du laser, où l’ on retrouve le comportement escompté: à partir du courant de seuil la puissance émise, proportionnelle à la densité de photons en cavité, augmente linéairement avec le courant. A noter aussi une brusque variation de la dérivée de la tension au seuil, liée au blocage de l’ inversion de population.
L’ EFFET CASCADE L’ effet cascade est une caractéristique importante des QCLs, qui les différencie des autres lasers à semiconducteur. En effet, un QCL est composé de la répétition de plusieurs périodes identiques qui permettent aux électrons extraits d’ une période d’ être injectés dans la période suivante. Le transport
Figure 2. Caractéristique tension – courant( courbe bleue) et puissance – courant( courbe rouge) d’ un QCL commercial émettant à 4.9 µ m.
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