[THÈSE CIFRE] Architectures de combinaison de lasers à cascade quantique
- Recherche
- Thèse et post-doc
- Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau)
- Laboratoire Charles Fabry, Lasers
Contexte
Les lasers à cascade quantique (QCL) sont des sources laser à semiconducteur qui exploitent des transitions inter-sous-bandes d’énergie dans une couche active contenant de multiples puits quantiques superposés [1]. L’ingénierie de la structure de bandes permet de choisir la longueur d’onde d’émission dans l’infrarouge moyen (MIR, 3 – 20 µm). Cette gamme spectrale est particulièrement recherchée pour les dispositifs de protection DIRCM (Directional Infrared Counter Measures), dans lesquels les QCL jouent un rôle clé. En effet, les QCL permettent de générer un signal lumineux modulé qui perturbe ou brouille activement le système de guidage des missiles à tête chercheuse infrarouge, assurant ainsi la protection des aéronefs civils et militaires. Cependant, l’émergence de nouvelles générations de missiles plus résistants aux contre-mesures impose d’augmenter la puissance optique émise par les systèmes DIRCM. Pour dépasser les limites imposées par les émetteurs individuels [2], il faut développer des architectures de combinaison qui préservent à la fois la qualité spatiale du faisceau laser et la stabilité du spectre, et maintiennent un rendement électrique-optique élevé dans un dispositif compact.
Objectifs de la thèse
Dans le cadre de cette thèse, la société mirSense et le laboratoire Charles Fabry proposent de concevoir, d’étudier et de mettre en œuvre différentes architectures laser utilisant plusieurs puces QCL, configurables en nombre d’émetteurs, capables de délivrer une puissance optique supérieure à 10 W dans le moyen infrarouge. Les faisceaux laser issus des émetteurs distincts seront combinés dans un faisceau unique, de façon à augmenter la puissance optique disponible.
Plusieurs configurations de combinaison seront envisagées, telle que la combinaison spectrale de faisceaux issus de lasers émettant à des longueurs d’onde différentes par un composant dispersif (réseau, prisme…) ou la combinaison cohérente de faisceaux laser par contrôle des phases relatives [3]. La combinaison spectrale de QCL s’appuie sur une technologie de puces stabilisées spectralement déjà maîtrisée à mirSense, ce qui permet donc d’envisager des démonstrations expérimentales à court terme et la réalisation d’un prototype industriel. Au contraire, la combinaison cohérente de ces lasers est un sujet de recherche exploratoire, et nécessitera des développements et analyses approfondis en étroite relation avec le Laboratoire Charles Fabry.
- étude, conception et la simulation de composants QCL spécifiquement adaptés aux besoins ;
- conception et modélisation multiphysique des architectures de combinaison de faisceaux ;
- réalisation et validation des prototypes : assemblage, caractérisation détaillée des performances (puissance optique, spectre, qualité spatiale, …) ;
La thèse sera menée dans le cadre d'une convention industrielle de formation par la recherche (dispositif CIFRE), qui soutient des thèses de doctorat réalisées dans le cadre d'un partenariat entre une entreprise et un laboratoire de recherche. Le·la doctorant·e est salarié·e de l'entreprise et mène un projet de recherche avec une forte composante appliquée.
Références
[1] Jérôme Faist, Quantum Cascade Lasers. Oxford University Press, 2013.
[2] Q. Lu et al, “High power continuous wave operation of single mode quantum cascade lasers up to 5 W spanning λ∼3.8-8.3 µm,” Opt. Express, 28 (10), p. 15181, (2020).
[3] Q. Liu et al, “Coherent combination of micropulse semiconductor amplifiers for water vapor differential absorption lidars “, Optics Letters, 48 (2), pp.489-492 (2023)
Profil et compétences recherchés
Nous recherchons un·e étudiant·e issu·e d’une formation d’ingénieur ou de master spécialisé en photonique intéressé·e à la fois par la modélisation et les réalisations expérimentales.
Démarrage possible dès l'automne 2025 - durée 36 mois