Study and realisation of a CW high spectral purity
tuneable THz Source
Etude et réalisation d'une source
térahertz accordable de grande pureté
spectrale
Abstract
Continuous high-purity THz generation through photomixing is a very promising technique for future THz local oscillators. Consequently, we have proposed an innovative photomixing architecture based on a dual frequency laser emitting around 1 µm associated with a matched band gap photoconductor. Working with this wavelength allows the use of compact and low cost diode pumped solid state laser and also the use of photoconductive materials with the required electrical properties for a CW generation over a large frequency bandwidth.
Therefore, we have developed 2 dual-frequency lasers using Yb doped active mediums (KGW and CaF2) emitting around 1 µm. They permit the generation of narrow line-width (<30 kHz) electrical beat-notes. With the use of Yb doped fiber amplifiers, we have been able to amplify the total optical output power up to 1W.
We then have studied and characterised 2 photoconductive materials compatible with an illumination around 1 µm: InGaAsN and LTG-In.23Ga.77As grown on metamorphic layer and Beryllium doped. Optical and electrical properties of those two materials have been tested and compared to the LTG-GaAs properties.
After a theoretical study of photomixers (including the hole participation), we have performed CW THz generation experiments using the LTG-InGaAs devices coupled to the dual-frequency laser: we have detected signals of few tens of nW, tunable up to 2 THz.
Finally, we have proposed a new travelling wave vertical photomixer architecture. Modelisation have shown that the expected generated power (0,2 mW at 1 THz), the tunability (0-3 THz) and spectral purity (< 30 KHz) of such a device would provide one of the best device in this frequency range.
Therefore, we have developed 2 dual-frequency lasers using Yb doped active mediums (KGW and CaF2) emitting around 1 µm. They permit the generation of narrow line-width (<30 kHz) electrical beat-notes. With the use of Yb doped fiber amplifiers, we have been able to amplify the total optical output power up to 1W.
We then have studied and characterised 2 photoconductive materials compatible with an illumination around 1 µm: InGaAsN and LTG-In.23Ga.77As grown on metamorphic layer and Beryllium doped. Optical and electrical properties of those two materials have been tested and compared to the LTG-GaAs properties.
After a theoretical study of photomixers (including the hole participation), we have performed CW THz generation experiments using the LTG-InGaAs devices coupled to the dual-frequency laser: we have detected signals of few tens of nW, tunable up to 2 THz.
Finally, we have proposed a new travelling wave vertical photomixer architecture. Modelisation have shown that the expected generated power (0,2 mW at 1 THz), the tunability (0-3 THz) and spectral purity (< 30 KHz) of such a device would provide one of the best device in this frequency range.
La génération d'onde THz de grande pureté spectrale par photomélange est une technique très prometteuse afin de réaliser des oscillateurs locaux THz performants. Nous avons donc proposé une approche originale consistant à associer un laser bi-fréquence émettant autour de 1 µm à un photomélangeur de bande interdite compatible. Le choix de cette longueur d'onde permet la réalisation de lasers pompés diodes compacts et peu onéreux ainsi que l'utilisation de photoconducteurs présentant les propriétés électriques requises.
Ainsi, nous avons développé 2 lasers bi-fréquence amplifiés utilisant des milieux actifs (KGW et CaF2) dopés Yb dont l'utilisation permet de générer des puissances optiques supérieurs à 1 W ainsi qu'un signal de battement électrique continu de bonne pureté spectrale (<30 kHz).
Nous avons ensuite étudié et caractérisé 2 matériaux photoconducteurs compatibles avec une illumination à 1 µm : l'InGaAsN et l'In.23Ga.77As-BT épitaxié à basse température (BT) sur substrat métamorphique et dopé Be. Les propriétés de ces deux matériaux ont été étudiées et comparées avec celles du GaAs-BT.
Après avoir modélisé le fonctionnement de photomélangeurs (en prenant en compte la participation des trous) nous avons effectué des expériences de photomélange : nous avons détecté un signal de quelques dizaines de nW dont la fréquence a pu être accordée jusqu'à 2 THz.
Enfin, nous avons proposé un nouveau type de photomélangeur guide vertical. Les modélisations ont montré que la puissance THz émise (0,2 mW à 1 THz), l'accordabilité (0-3 THz) et la pureté spectrale du signal généré (< 30 KHz) de cette source devraient en faire une des plus attractive dans cette gamme de fréquence.
Ainsi, nous avons développé 2 lasers bi-fréquence amplifiés utilisant des milieux actifs (KGW et CaF2) dopés Yb dont l'utilisation permet de générer des puissances optiques supérieurs à 1 W ainsi qu'un signal de battement électrique continu de bonne pureté spectrale (<30 kHz).
Nous avons ensuite étudié et caractérisé 2 matériaux photoconducteurs compatibles avec une illumination à 1 µm : l'InGaAsN et l'In.23Ga.77As-BT épitaxié à basse température (BT) sur substrat métamorphique et dopé Be. Les propriétés de ces deux matériaux ont été étudiées et comparées avec celles du GaAs-BT.
Après avoir modélisé le fonctionnement de photomélangeurs (en prenant en compte la participation des trous) nous avons effectué des expériences de photomélange : nous avons détecté un signal de quelques dizaines de nW dont la fréquence a pu être accordée jusqu'à 2 THz.
Enfin, nous avons proposé un nouveau type de photomélangeur guide vertical. Les modélisations ont montré que la puissance THz émise (0,2 mW à 1 THz), l'accordabilité (0-3 THz) et la pureté spectrale du signal généré (< 30 KHz) de cette source devraient en faire une des plus attractive dans cette gamme de fréquence.
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