EXPÉRIENCE MARQUANTE
Figure 4 . PPuissance optique émise par un laser à cascade quantique en fonction du champ magnétique appliqué . Les deux courbes ont été obtenues à courant fixé , en dessous ( courbe verte ) ou au-dessus ( courbe noire ) du seuil d ’ émission laser à champ magnétique nul . L ’ encart présente un schéma des niveaux d ’ énergie , montrant la formation des niveaux de Landau en présence d ’ un champ magnétique .
pour comprendre s ’ ils étaient vraiment l ’ ennemi « numéro 1 » de l ’ inversion de population . Plus précisément nous avons étudié l ’ interaction électrons-phonons , le phénomène qui rend si court les temps de vie des niveaux excités . L ’ étude consistait à immerger les lasers dans des champs magnétiques intenses pour briser les bandes des états électroniques en niveaux discrets d ’ énergie , les niveaux de Landau ( encart de fig . 4 ). Pour ces expériences nous avons eu le plaisir de collaborer avec Jean Leotin et Dmitry Smirnov du Laboratoire de Champs Magnétiques Intenses , qui nous a permis d ’ accéder à des champs d ’ une cinquantaine de Tesla ! Les résultats obtenus étaient très clairs : pour tout champ magnétique qui bloquait l ’ interaction électrons-phonons , le gain du laser augmentait significativement , son seuil diminuait et la puissance optique augmentait d ’ un ordre de grandeur . Ces résultats sont montrés dans la Fig . 4 , où la puissance optique est tracée en fonction du champ magnétique . À fort champ , la séparation entre les niveaux de Landau est très différente de l ’ énergie des phonons optiques , ce qui donne lieu à un goulot d ’ étranglement pour leur émission . La théorie d ’ Angela reproduisait exactement les résultats expérimentaux [ 6 ],
RÉFÉRENCES
[ 1 ] R . Ferreira and G . Bastard , Phys . Rev . B 40 , 1074 ( 1989 )
nous n ’ avions plus aucun doute : les phonons étaient ( et sont encore ) les responsables du seuil important des lasers à cascade quantique . C ’ était le premier d ’ une longue série de travaux qu ’ Angela et moi menons ensemble . La théorie développée nous a permis , au cours des années , de dessiner et de réaliser plusieurs générations de dispositifs quantiques et d ’ établir une collaboration très fructueuse avec l ’ équipe d ’ Isabelle Sagnes au C2N . Trente ans après leur découverte , les lasers à cascade quantique continuent d ' améliorer leurs performances et de stimuler de nouvelles recherches . Actuellement , ils sont produits par une vingtaine d ' entreprises réparties entre l ' Europe , l ' Asie et les États-Unis . Bien que le principal marché soit encore celui des laboratoires de recherche , les applications liées à la transition écologique , en particulier la détection ultrasensible de molécules , prennent une importance croissante . Ces lasers présentent également un fort potentiel commercial dans des domaines tels que les communications en espace libre et l ' imagerie médicale . Par ailleurs , leurs applications dans le domaine militaire , notamment pour les contremesures optiques , sont bien établies . Plus que jamais , ces lasers suscitent un intérêt commercial grandissant , et nous sommes sur le point de les voir intégrer des marchés de masse .
[ 2 ] J . Faist , F . Capasso , D . L . Sivco , C . Sirtori , A . L . Hutchinson , A . Y . Cho , Science 264 , 553 ( 1994 )
[ 3 ] C . Sirtori , P . Kruck , S . Barbieri , P . Collot , J . Nagle , M . Beck , J . Faist , U . Oesterle , Appl . Phys . Lett . 73 , 3486 ( 1998 )
[ 4 ] R . Teissier , D . Barate , A . Vicet , D . A . Yarekha , C . Alibert , A . N . Baranov , X . Marcadet , M . Garcia , and C . Sirtori , Electronics Lett . 19 , 17 ( 2003 )
[ 5 ] Hoang Nguyen-Van , Alexei N . Baranov , Zeineb Loghmari , Laurent Cerutti , Jean-Baptiste Rodriguez , Julie Tournet , Gregoire Narcy , Guilhem Boissier , Gilles Patriarche , Michael Bahriz , Eric Tournié & Roland Teissier , Sci Rep 8 , 7206 ( 2018 )
[ 6 ] A . Leuliet , A . Vasanelli , A . Wade , G . Fedorov , D . Smirnov , G . Bastard and C . Sirtori , Phys . Rev . B 73 , 085311 ( 2006 )
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