Mardi 08 septembre à 14h
RÉSUMÉ :
Les cavités de silice, comme les microsphères ou les microtores intégrés sur puce, définissent des modes de galerie, de facteur de qualité extrêmement élevé et de faible volume modal. Elles ont suscité un fort intérêt depuis deux décennies et trouvent des applications pour la QED en cavité, les microlasers, ou les senseurs de biomolécules. Cette thèse décrit la réalisation d’un microlaser à seuil ultra-bas fondé sur des nanocristaux de Nd3+:Gd2O3 (NCs), qui sont incorporés à la surface de la cavité.
Nous démontrons une nouvelle méthode de cartographie de la distribution du champ électromagnétique, fondée sur le coupleur à fibre étirée (taper) utilisé pour l’excitation en onde évanescente. Cela fournit un moyen commode pour localiser et exciter sélectivement des modes de faible volume.De plus, nous démontrons une technique de mesure en temps réel de la caractéristique laser, qui utilise la bistabilité thermique des microcavités et permet une optimisation rapide et efficace des conditions de couplage taper-cavité. Un fonctionnement laser monomode à 1088 nm est obtenu pour une microsphere de 40 µm de diamètre, comprenant des Nd3+:Gd2O3 NCs pompés à 802 nm, avec un seuil de 65 nW.
Le plus bas seuil observé, de 40 nW, est à notre connaissance le seuil le plus faible jamais obtenu pour des terres rares. Le facteur de qualité de ces cavités actives atteint 108 à la longueur d’onde d’émission, favorisant l’obtention un microlaser dont le spectre est extrêmement fin. Enfin, sur un microtore formé de silice dopée par implantation ionique, nous avons obtenu un laser monomode à 909 nm avec un seuil de 210 nW.
ABSTRACT :
Fused silica microspheres and on-chip silica microtoroids support ultra-high quality factor and small volume whispering-gallery-modes (WGMs). They have attracted great interest for several decades and have had various applications like cavity-QED, microlasers, and biosensing. This thesis focuses on the realization of ultra-low threshold microlaser based on Nd3+:Gd2O3 nanocrystals (NCs), which are embedded close to the cavity surface. In particular, we demonstrate a novel method for the mapping of the electromagnetic-field distribution of WGMs using the fiber taper coupler used for evanescent-wave coupling. This provides an efficient way to locate and selectively excite the small volume modes.
Moreover, we demonstrate a real time measurement technique of the laser characteristic, which uses thermal bistability of such microcavities, and enables quick and efficient optimization of the taper-cavity coupling conditions.
Finally, single mode lasing at 1088 nm is achieved from a 40 µm diameter microsphere with Nd3+:Gd2O3 NCs, optically pumped at 802 nm, with a threshold of 65 nW. The lowest measured threshold is 40 nW, which is believed to be the lowest threshold record for any rare earth lasers. The Q factor of these active cavities at emission wavelength is as high as 108, favourable for ultra narrow linewidth spectrum. In addition, for an on-chip silica microtoroid made from Nd ion-implanted silica, we have achieved single-mode lasing at 909nm and a threshold of 210 nW.
RECRUITMENT DIRECT ACCESS
The Department of Physics
The ENS Physics Laboratory 