Présentation

Aujourd'hui, les composants optoélectroniques accèdent à peine au domaine millimétrique (>30 GHz), et le domaine sub-millimétrique (>300 GHz) reste largement inexploité. Les interactions entre micro-ondes et optique permettent de générer, transporter, traiter et récupérer des signaux millimétriques ou sub-millimétriques en les mélangeant avec les fréquences optiques. Deux approches font présentement l'objet de recherches de base sur les mécanismes de génération du rayonnement de grande longueur d'onde, avec pour objectif le développement de nouvelles sources à semiconducteurs monolithiques:

• dans une première approche, le battement entre deux longueurs d'ondes optiques de fréquences f₁ et f₂ restitue dans un photodétecteur quadratique un signal millimétrique à la fréquence f=f₂-f₁. Les études portent sur des photo-oscillateurs optoélectroniques à f=40 GHz et f=60 GHz pour des applications de télécommunications et radiocommunications par fibre optique. Elles portent aussi sur des photodetecteurs ultra-rapides couplés à une antenne large bande TeraHertz (0.4-2 THz) en vue d'applications à l'imagerie dans cette région du spectre (dans les domaines des communications de proximité, la sécurité, l'environnement, la biologie).

  

• dans une seconde approche, une fréquence de quelques TeraHertz (typiquement f=3 THz) est générée dans une structure de laser à cascade quantique, dans laquelle elle se mélange à un signal optique. Les études portent sur des émetteurs TeraHertz placés dans une microcavité (c'est-à-dire entre miroirs réfléchissants) pour en améliorer le rendement radiatif. Le taux d'émission TeraHertz augmente en effet sensiblement dans les microcavités métalliques sub-longueur d'onde selon un mécanisme d'effet Purcell (voir le fait marquant sur l'exaltation de l'émission spontanée par effet Purcell aux fréquences TeraHertz).

  

Membres

Contacts

Minot Christophe

(+33) 1 69 63 61 52

Et aussi...

Abram Izo	(+33) 1 69 63 61 79
Dupuis Christophe	(+33) 1 69 63 61 42
Esnault Jean-Claude	(+33) 1 69 63 60 78
Ferlazzo Laurence	(+33) 1 69 63 60 70
Harmand Jean-Christophe	(+33) 1 69 63 60 81
Moison Jean-Marie	(+33) 1 69 63 61 80
Sagnes Isabelle	(+33) 1 69 63 61 71

Brevets

• Reseaux de guides d'ondes permettant de devier un faisceau lumineux, J.-M. Moison, C. Minot, FR 0754872, (2007-05-04)
  

Publications

• Epitaxial Growth and Picosecond Carrier Dynamics of GaInAs/GaInNAs Superlattices , M. Martin, J. Mangeney, L. Travers, C. Minot, J.-C. Harmand, O. Mauguin, G. Patriarche, Appl. Phys. Lett. 95, 141910 (2009)
• Long-wavelength limit and Fano profiles of extraordinary transmission through metallic slit gratings in the THz range , C. Minot, Y. Todorov, D. Armand, F. Garet, J.-L. Coutaz, Phys. Rev. B 80, 153410 (2009)
• Study of the Transmission of Subwavelength Metallic Grids in the THz Frequency Range , Y. Todorov, D. Armand, F. Garet, C. Minot, J.-L. Coutaz, IEEE J. Select. Topics Quant. 14, 513 (2008)
• Purcell Enhancement of Spontaneous Emission from Quantum Cascades inside Mirror-Grating Metal Cavities at THz Frequencies , Y. Todorov, I. Sagnes, I. Abram, C. Minot, Phys. Rev. Lett. 99, 223603 (2007)
• Modal method for conical diffraction on a rectangular slit metallic grating in a multilayer structure , Y. Todorov, C. Minot, J. Opt. Soc. Am. A 24, 3100 (2007)
• Dipole emission into rectangular metallic gratings with subwavelength slits , Y. Todorov, I. Abram, C. Minot, Phys. Rev. B 71, 075116(1) (2005)
• Advances and Perspectives in Photonic Technology Research in the European Information Society Technologies Programme , D. Erasme, C. Minot, F. Ohman, B. Tromborg, A. Ackaert, P. Demeester, P. Lagasse, C. Politi, M. O'Mahony, J. Saniter, E. Patzak, S. Rao, P. Vogel, Jpn. J. Appl. Phys. 43, 5683 (2004)
• Quantum model of electronic transport in superlattice minibands , C. Minot, Phys. Rev. B 70, 161309 (2004)
• European IST-programme ROADMAP for Optical Communications , A. Ackaert, P. Demeester, P. Lagasse, C. Politi, M. O'Mahony, T. Berg, B. Tromborg, J. Saniter, E. Patzak, S. Rao, P. Vogel, C. Minot, D. Erasme, Annals of Telecommunications 58, 1550 (2003)
• New devices for microwave photonics in optical communications , C. Minot, Annals of Telecommunications 58, 1432 (2003)
• Doping dependence of millimeterwave negative differential conductance in strain-compensated GaInAs/AlInAs superlattices , C. Minot, J.-C. Harmand, J.-C. Esnault, Physica E 17, 294 (2003)
• Transport in excited states of semiconductor superlattices , A. Sibille, C. Minot, F. Laruelle, Int. J. Mod. Phys. B 14, 909 (2000)

Contrats et projets

ANR PNANO

ROOTS : Room temperature THz Bloch amplifiers/oscillators

Référence de contrat : ANR P2N
Coordinateur, Partenaire(s) : J. Mangeney (LPA ), R. Ferreira (LPA )
Responsable(s) LPN : Christophe Minot, Jean-Christophe Harmand
Principaux objectifs : Development of tunable amplifiers/oscillators based on Bloch oscillations in semiconductor superlattices at THz frequencies and room temperature (2009-2012)

Stages passés et en cours

Thèse

• Contrôle de l'émission du rayonnement TeraHertz en microcavité

Y. Todorov-(2002-10-01 / 2006-09-01)
Contact : C. Minot , I. Abram
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Thèse de doctorat de l'Université Paris VI

Stage

• Concevoir, fabriquer et caractériser des structures de laser à cascade quantique THz

Niveau : Master2
Contact : C. Minot
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Récemment, l'émergence des lasers semiconducteurs à cascade quantique a connu un nouveau développement avec l'obtention de lasers terahertz (THz), c'est-à-dire émettant des photons d'une fréquence de quelques THz (typiquement 3 THz, soit une longueur d'onde de 100 µm). De nombreuses applications se présentent aujourd’hui dans cette région du spectre nouvellement accessible, pour les communications de proximité ou l’imagerie, dans les domaines de la sécurité et de l’environnement, de la médecine et de la biologie. Une filière de fabrication d'émetteurs à cascade quantique THz a été développée au Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (CNRS/LPN) pour étudier l'émission spontanée dans des microcavités à miroirs métalliques. Cette filière convient à la réalisation de lasers THz destinés à étudier l’efficacité du mélange de fréquences avec une source optique externe à 1.5 µm. L'objet du stage est de concevoir, fabriquer et caractériser des structures de laser à cascade quantique THz en vue d'améliorer leurs performances, en liaison avec les équipes chargées de la croissance des matériaux. Pour la conception, des outils numériques spécifiques pourront être employés pour prévoir et ajuster la structure électronique ou le confinement électromagnétique. Pour la fabrication, l’objectif sera de maîtriser l’ensemble des étapes technologiques (métallisations, gravures, montage) permettant d’obtenir des lasers à émission par la tranche à partir de couches épitaxiées au laboratoire. Les composants fabriqués seront caractérisés par des mesures I(V) courant-tension et P(I) puissance-courant à basse température.


• Lasers à cascade quantique THz

Niveau : Master2
Contact : C. Minot
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Une filière de fabrication d'émetteurs à cascade quantique THz a été développée au Laboratoire de Photonique et de Nanostructures pour étudier l'émission spontanée dans des cavités planaires à miroirs métalliques. Cette filière est parfaitement adaptée à la réalisation de lasers.Une filière de fabrication d'émetteurs à cascade quantique THz a été développée au Laboratoire de Photonique et de Nanostructures pour étudier l'émission spontanée dans des cavités planaires à miroirs métalliques. Cette filière est parfaitement adaptée à la réalisation de lasers. L'objet du stage est de concevoir, fabriquer et caractériser des structures de laser à cascade quantique THz.


• Photodétecteur en ondes progressives pour émission TeraHertz

Niveau : Master2
Contact : C. Minot
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Parmi les photodétecteurs particulièrement prometteurs pour générer de la puissance aux fréquences THz, on trouve les photodiodes MSM (Métal-Semiconducteur-Métal) en ondes progressives. Ces dispositifs sont très rapides grâce à l’utilisation d’un matériau, le GaAs basse température, dont la durée de vie des porteurs de charge photocréés est très courte. L’objet du stage est de concevoir, fabriquer et caractériser des dispositifs pour l’émission THz associant un photodétecteur GaAs basse température et une antenne.


• Diodes à super-réseau pour photo-oscillateurs

Niveau : Master2
Contact : C. Minot
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Les photo-oscillateurs sont des oscillateurs électroniques sensibles à la lumière, dont le régime d'oscillation est contrôlé par l'illumination. L’objet du stage est de fabriquer et caractériser des diodes à super-réseau GaInAs/AlGaInAs sur InP dans la Centrale de Technologie du LPN, en vue de réaliser des photo-oscillateurs millimétriques pour les systèmes de communication optiques haut débit à 1.3 µm et 1.55 µm.


• Conception de photo-oscillateurs millimétriques pour récupération de fréquence en bande étroite

S. Ndao-(2003-04-15 / 2003-08-15)
Niveau : Master
Contact : C. Minot
Groupe : Photonique et Electronique Quantique (PEQ)
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Stage d'élève ingénieur de Polytech'Lille