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Activités en Opto-Microondes au LAHC - Université de Savoie Optoélectronique ultrarapide LAHC.

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1 Activités en Opto-Microondes au LAHC - Université de Savoie Optoélectronique ultrarapide LAHC

2 Optoélectronique ultrarapide femtosecondetérahertz activité démarrée en semi-conducteurs ultrarapides 3 thèmes- spectroscopie térahertz - échantillonnage électro-optique 4 permanents : J.-L. Coutaz, L. Duvillaret, F. Garet, J.-F. Roux 2 doctorants : F. Aquistapace, H. Eusèbe 2 thèses soutenues : F. Garet (1998), S. Rialland (2000) 1 HDR soutenue :L. Duvillaret (2002)

3 Thématique générale Génération et caractérisation par voie optoélectronique, et utilisation d'impulsions électriques picosecondes et sub-picosecondes photo-commutateurs redressement optique techniques d'échantillonnage signaux temporels picoseconde FFT signaux fréquentiels térahertz impulsion laser fsimpulsion électrique ps

4 Génération : photo-commutation semi-conducteurs : - ultrarapides : durée de vie des porteurs < ps - efficaces : grande mobilité - fort contraste : matériaux intrinsèques laser guided signals photodetectors radiated signals THz antennae SC III-V non stœchiométriques Be:LT-GaAs

5 Étude de la dynamique de porteurs dans LT-GaAs expériences de type pompe sonde - réflectivité - transmission - Z-scan (Vilnius) - luminescence (Stockholm) - photoconductivité modèle taux de population + bandfilling + saturation des pièges + renormalisation +... physique du semi-conducteur

6 Dynamique et modèle pour Be:LT-GaAs Transmission of sample [Be]= cm -3, T al = 650°C Reflectivity of sample [Be]= cm -3, T al = 500°C elec = cm 2 hole = cm 2 CB traps VB Be CB traps VB Be pump probe [As Ga 0 ]= cm -3 [As Ga + ]= cm -3 [As Ga 0 ]= cm -3 [As Ga + ]= cm -3 R (A.U)

7 Photo-commutateurs picosecondes V 30 V generation shortening 1.5 ps risetime photoswitch response time saturation of trap level carrier trapping cross-section =1x cm -2 magnitude of signal electron mobility 640 V/cm 2 /s J.-F. Roux et al. submitted to APL 10 µm

8 Spectroscopie THz e- laser h+ +- p p = q a -+ dipole a SC ultra rapides J(t) ~ ps THz dJ/dt >> 1 signal intense laser

9 Spectroscopie THz : signaux temporels laser fs emitter receiver delay line bias I-V preamp lock in chopper sample at the THz beam waist

10 Spectroscopie THz : matériaux Teflon ®

11 Spectroscopie THz Originalité de nos travaux - précision ( n=0.1 %, <1 cm -1 L~µm ( /1000 !)) - répétabilité - bruit Matériaux étudiés - semi-conducteurs : Si, GaAs... - silicium poreux - photoresist (SU8) - diélectriques : LiNbO3, verre, SiO organiques : PMMA, PEEK, téflon... - encres - liquides... Dispositifs étudiés - BIP, coupleurs à réseaux... Expériences pompe optique-sonde THz films d'or nanométriques guides d'ondes THz

12 Fils d'or nanométriques agrégats non jointifs diélectrique milieu effectif agrégats proches percolation agrégats jointifs film continu métal Drude Au sur Si : évaporation

13 Guides d'ondes THz grating coupler k i + m 2 /d = k m coupling k m = k guided d~ ~ /10 k m k i k guided d

14 Échantillonnage électro-optique (EOS) applied field laser applied field f EO crystal EO (Pockels) effect THz signal laser crystal orientation (axis) could be as small as rad

15 Échantillonnage électro-optique (EOS) electrical field light crystal sensitivity vector KNbO pm/V pm/V LiNbO 3 0° 180° 90° 0°90° 180° 0° 180° 90° 0°180°90° =90° =80°

16 Échantillonnage électro-optique (EOS) probe beam LT-GaAs 1 cm 100 µm thick LiTaO 3 layer Time (ps) Voltage signal (A.U.) x x

17 Travaux actuels et perspectives EOS sonde compacte et fibrée(N. Breuil et al., Thales) cristal EO DAST(H. Ito, Tohoku) circuits sur SOI(Lemoine, Thales TRT et avec Ph. Ferrari, LAHC) Spectroscopie THz guides d'onde, fibre THz génération THz par battement optique projet Gelacote ACI Photonique (Bretenaker, Rennes, Chusseau, Montpellier et Fontaine, Toulouse) antennes fractales (L. Chusseau, CEM2 Montpellier) réseaux excités dans la bande interdite (O. Parriaux, TSI St Etienne) mesure simultanée de µ et e(P. Kuzel, Prague) dynamique de vortex dans les supraconducteurs (P. Xavier, D. Rauly, J. Richard, CRTBT Grenoble) dispositifs THz pilotables projet Complet, ACI Jeune Chercheur (P. Xavier, D. Rauly, J. Richard, CRTBT Grenoble) (P. Kuzel, Prague) Semiconducteurs et photo-commutateurs optimisation de photo-commutateurs en Be:LT-GaAs (A. Krotkus, Vilnius) effets d'optique non linéaires dans LT-GaAs projet TeraBoost soumis à IST-CEE

18 Autres collaborations Sur tous les sujets ou presque : - John Whitaker, University of Michigan, Ann Arbor - Arunas Krotkus, Semiconductor Physics Institute, Vilnius, projet NATO SfP Terahertz radiation systems SC ultrarapides - projet DUO Inco-CEE coordination LAHC Krotkus (Vilnius), Kaminska (Varsovie), Marcinkevicius (KTH Stockhom) - projet TERABOOST IST-CEE soumis coordination LAHC DUO + Laybourn (Glasgow), Hatzopoulos (Heraklion), Jarasiunas (Vilnius) - Shuang, Singapour Spectroscopie THz - network of excellence TERANOVA, en préparation, coordination Chamberlain et Miles, Leeds Arnone TeraView Ltd Cambridge, Linfield Cambridge, Faist Neuchatel, Haring-Bolivar Aachen, Jepsen Freiburg, Kuzel Prague, Lippens Lille, Planken Delft, Roskos Frankfurt, Sirtori Thales Orsay, Stingl Femtolasers Wien, Tredicuci Pisa, Unterrainer Wien - Lourtioz et Tchenolkov, IEF Orsay, Lippens, IEMN Lille, Bechevet, LETI Grenoble, Barret, LSP Grenoble Autres : Mach-Zehnder opto-microondes - S. Tedjini, INPG, Valence


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