L A H C Activités en Opto-Microondes au LAHC - Université de Savoie Optoélectronique ultrarapide.

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1 L A H C Activités en Opto-Microondes au LAHC - Université de Savoie Optoélectronique ultrarapide

2 Optoélectronique ultrarapide
femtoseconde térahertz activité démarrée en 1994 - 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 impulsion laser fs photo-commutateurs redressement optique impulsion électrique ps techniques d'échantillonnage  signaux temporels  picoseconde FFT  signaux fréquentiels  térahertz

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

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

6 Dynamique et modèle pour Be:LT-GaAs
Reflectivity of sample [Be]=2 1019cm-3, Tal = 500°C Transmission of sample [Be]=3 1017cm-3, Tal = 650°C [AsGa0]= cm-3 [AsGa+]=4 1017cm-3 [AsGa+]=1 1019cm-3 DR (A.U) CB traps VB Be CB traps VB Be selec= cm2 shole= cm2 pump probe

7 Photo-commutateurs picosecondes
V 30 V generation shortening 1.5 ps risetime  photoswitch response time saturation of trap level carrier trapping cross-section s=1x10-13 cm-2 magnitude of signal electron mobility 640 V/cm2/s 10 µm J.-F. Roux et al. submitted to APL

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

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

10 Spectroscopie THz : matériaux
Teflon®

11 Spectroscopie THz Originalité de nos travaux Matériaux étudiés
- précision (Dn=0.1 %, Da<1 cm-1 DL~µm (l/1000 !)) - répétabilité - bruit Matériaux étudiés - semi-conducteurs : Si, GaAs ... - silicium poreux - photoresist (SU8) - diélectriques : LiNbO3, verre, SiO2 ... - 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
Au sur Si : évaporation agrégats non jointifs diélectrique milieu effectif agrégats jointifs film continu métal Drude agrégats proches percolation

13 Guides d'ondes THz k i k m d d k guided grating coupler
ki + m 2p/d = km k m d coupling km= kguided d~l d~l/10 d k guided

14 Échantillonnage électro-optique (EOS)
EO (Pockels) effect applied field EO crystal f crystal orientation (axis) laser THz signal applied field laser could be as small as 10-7 rad

15 Échantillonnage électro-optique (EOS)
0° 180° 90° j q 200 400 700 pm/V crystal electrical field light q KNbO3 L sensitivity vector j LiNbO3 L=80° L=90° 50 100 150 pm/V q

16 Échantillonnage électro-optique (EOS)
1 cm 100 µm thick LiTaO3 layer LT-GaAs x probe beam x Voltage signal (A.U.) Time (ps)

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. 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