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Spectral properties of quantum cascade lasers: from noise analysis to stabilization

Titre du projet
Spectral properties of quantum cascade lasers: from noise analysis to stabilization
Description
L’infra-rouge moyen, qui contient les longueurs d’onde situées entre 3 et 20 µm, est d’un grand intérêt pour la spectroscopie moléculaire, puisque la plupart des molécules importantes au niveau du contrôle de l’atmosphère et des processus industriels absorbent fortement la lumière dans cette plage spectrale. Ceci permet la réalisation de capteurs de gaz à la fois sélectifs et très sensibles basés sur l’utilisation de lasers. Les lasers à cascade quantique constituent la source de lumière laser la plus performante pour la spectroscopie infrarouge. Une propriété importante de ces lasers pour ces applications est leur pureté spectrale, qui est décrite par leur bruit de fréquence caractérisant l’amplitude des variations de leur fréquence d’émission.

De par leur principe de fonctionnement particulier, ces lasers ont le potentiel d’atteindre une largeur de raie d’émission très étroite. Cependant, un bruit beaucoup plus élevé est observé en réalité, et notre groupe a récemment montré que son origine est liée au mouvement des électrons dans ces structures complexes. Sur la base de ces observations, une nouvelle méthode de réduction du bruit a été récemment développée au LTF. Dans ce projet de recherche financé par le Fond National Suisse, nous désirons continuer ces études sur le bruit dans les lasers à cascade quantique, dans le but de mettre en œuvre d’autres méthodes de stabilisation de performances croissantes visant à réaliser des sources lasers très étroites spectralement dans l’infrarouge moyen.

Dans un premier temps, nous allons poursuivre l’étude de la méthode de réduction du bruit récemment développée afin d’améliorer ses performances. Dans un deuxième temps, nous allons explorer de nouvelles possibilités pour réduire plus fortement la largeur de raie des lasers à cascade quantique par stabilisation active sur une résonance d’une cavité optique. Nous utiliserons d’abord un micro-résonateur cristallin, puis une cavité Fabry-Perot à très haute finesse.
Chercheur principal
Statut
Completed
Date de début
1 Avril 2014
Date de fin
31 Mars 2016
Organisations
Identifiant interne
21625
identifiant
https://libra.unine.ch/handle/123456789/1606
Mots-clés

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Wavelength tuning and thermal dynamics of continuous-wave mid-IR distributed feedback quantum cascade laser

2013-7-17, Tombez, Lionel, Cappelli, Francesco, Schilt, Stephane, Di Domenico, Gianni, Bartalini, Saverio, Hofstetter, Daniel

We report on the wavelength tuning dynamics in continuous-wave distributed feedback quantum cascade lasers (QCLs). The wavelength tuning response for direct current modulation of two mid-IR QCLs from different suppliers was measured from 10 Hz up to several MHz using ro-vibrational molecular resonances as frequency-to-intensity converters. Unlike the output intensity, which can be modulated up to several gigahertz, the frequency-modulation bandwidth was found to be on the order of 200 kHz, limited by the laser thermal dynamics. A non-negligible roll-off and a significant phase shift are observed above a few hundred hertz already and explained by a thermal model.

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Frequency Noise and Linewidth of Mid-infrared Continuous-Wave Quantum Cascade Lasers: An Overview

2013, Schilt, Stephane, Tombez, Lionel, Di Domenico, Gianni, Hofstetter, Daniel

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