Vers le contrôle géométrique de l'émission de microcavités laser à base de polymères
Résumé
Polymer based micro-cavity-lasers are featuring a very attractive field towards the renewal of technologies and functionalities in integrated photonics, with a broad application potential in bio-optoelectronics. Their relative ease of manufacturing, compatibility with other technologies (such as inorganic semiconductor based), multi-scale structural flexibility in-keeping with specific demands for a range of different types of sources for various applications, the lower refractive index of organic materials which facilitates laser out-coupling as well as sensitivity towards environmental interactions, qualify polymer based microlasers towards a broad spectrum of applications ranging from information technologies to optical microsensing in chemistry and biology. In this work, we report on the fabrication and characterization of polymer micro-cavity lasers in terms of their spatial and spectral properties. The geometry of the cavities plays a dominant role in the emission properties. We analyzed the situation of a few prototypical geometries such as regular polygons and singled-out those properties which could be exploitable in practice. The influence of the etching quality was investigated in the case of square microlasers with corners rounded-off in a controlled manner. This study allowed us to demonstrate the robustness of resonances for such microcavity types as well as analyze the role of corners on the out-coupling properties. An original configuration was proposed to realize an unidirectional emission microlaser combining geometry deformation and introduction of circular vacancies within the cavity. This study was supported by predictive ray simulations which came in good agreement with experimental results. Finally, features more specifically pertaining to lasing in organic resonators were observed and are being reported.
Les microlasers à base de polymères peuvent constituer un apport précieux pour le renouvellement des technologies et des fonctionnalités respectivement en amont et en aval de la photonique intégrée. Leur relative facilité de fabrication, leur compatibilité avec d'autres technologies (telle que celle des semi-conducteurs inorganiques), leur flexibilité structurelle à différentes échelles, de la molécules au sous-sytème, permettant d'élaborer plusieurs types d'émetteurs selon une grande diversité de cahiers des charges, ainsi que le faible indice de réfraction des matériaux qui facilite l'émission laser, prédestinent ces microlasers organiques à des applications potentielles allant des télécommunications optiques à la microdétection. Dans le présent travail, nous rapportons les résultats obtenus concernant la fabrication et la caractérisation des propriétés d'émission spectrales et spatiales de ces microlasers. La géométrie des cavités joue un rôle crucial dans ces dernières. Nous avons analysé quelques géométries standard telles que celle des polygones réguliers et avons identifié celles qui sont susceptibles d'exploitation dans la pratique. Nous avons ainsi étudié l'influence de la qualité de gravure sur des microlasers carrés dont la courbure des coins est contrôlée. Ces travaux nous ont permis de mettre en évidence la robustesse des résonances dans ce type de cavité et de préciser le rôle des coins sur le couplage externe. Une configuration assez originale a été proposée pour réaliser un microlaser unidirectionnel, combinant deux types de perturbation du disque : une déformation externe (en jouant sur la forme du contour) et une déformation interne (par introduction d'une ou plusieurs vacances circulaires). Cette étude a bénéficié de simulations numériques avec une modèle de rayons qui s'est révélé très prédictif et en bon accord avec les résultats expérimentaux. Quelques caractéristiques ayant trait plus spécifiquement à l'effet laser dans ces microrésonateurs organiques ont été également observées.
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