La gamme du spectre située entre 0.1 et 10 THz est connue sous le nom de « gap Téra-Hertz ». Comparativement aux autres régions du spectre, il est difficile d’y produire des sources, des amplificateurs ou des détecteurs. Le développement de nouveaux dispositifs dans ce domaine est un enjeu majeur de l’opto-électronique moderne. L’équipe « spectroscopie THz ultra-rapide » du LPA-ENS vient de réaliser un amplificateur d’impulsions THz basé sur le « gain-switching » dans les lasers à cascade quantique.
La spectroscopie THz ultra-rapide est une technique récente, désormais utilisée pour une vaste gamme d’applications dans lesquelles l’amplitude et la phase de l’onde THz peuvent révéler des informations intéressantes sur des systèmes aussi variés que les nanostructures de semiconducteurs, les supraconducteurs, ou des systèmes biologiques. Dans ces expériences, des impulsions ultra-courtes (sub-ps) THz sont générées à partir d’impulsions du proche-infrarouge, par rectification optique ou à l’aide d’antennes photoconductrices. Néanmoins, les impulsions THz résultantes sont relativement peu puissantes et les techniques THz tireraient un grand profit du développement d’amplificateurs efficaces. Bien que les lasers à cascade quantique THz soient de nouvelles sources prometteuses, leur utilisation en tant qu’amplificateur est a priori limitée. En effet, dans un régime de fonctionnement stationnaire, le gain d’un laser est « clampé » et égal aux pertes du système, comme dans tous les lasers.
La solution développée au LPA-ENS consiste à placer le laser dans un régime hors-équilibre à l’aide d’un commutateur ultra-rapide (un commutateur Auston), intégré au dispositif. Ce dernier permet de déclencher le laser à cascade à l’échelle de la picoseconde, ce qui permet de s’affranchir du clampage du gain et d’amplifier des impulsions THz jusqu’à 26 dB (dans l’expérience réalisée). Le dispositif est un amplificateur à gain-switching.
Référence : N. Jukam et al. Nature Photonics 3, 715 (2009)
News and Views par A. Tredicucci et A. Di Carlo Nature Photonics 3, 681 (1 Dec 2009)
Contacts : Sukhdeep.Dhillon@lpa.ens.fr ; Jerome.Tignon@lpa.ens.fr
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