Des nanoparticules comme sources laser compactes

Les points quantiques font de 2 à 10 nm (10 à 50 atomes), et présentent diverses particularités comme des niveaux d'énergie discontinus (quantifiés). La manipulation de ces propriétés a conduit à des applications dans l'informatique quantique, l'imagerie médicale, le photovoltaïque et les détecteurs.

Par ailleurs, les nanocristaux peuvent générer des couleurs différentes selon la taille des particules. Ces couleurs différentes équivalent à des énergies différentes, et peuvent être utilisées comme sources laser au lieu des dispositifs à semi-conducteurs, plus encombrants, coûteux et complexes. Les scientifiques du projet QDLASER financé par l'UE ont cherché à mettre au point de nouveaux matériaux, concepts et dispositifs à l'intention de laser compacts à points quantiques. Leur but était de faire croître par épitaxie des structures laser à points quantiques, et de tester et mesurer les matériaux et dispositifs.

Les chercheurs ont ciblé des matériaux pour points quantiques dans la gamme des 1 à 1,6 micron, afin de réaliser des sources laser donnant des impulsions ultra courtes (jusqu'à 100 femtosecondes) avec un rendement très élevé. Ils ont finalement utilisé le système de matériaux arséniure d'indium et phosphure d'indium, qui émet autour de 1,5 micron.

Les scientifiques ont principalement synthétisé les points quantiques par auto-assemblage (via la méthode Stranski-Krastanow). Ils ont caractérisé les points quantiques assemblés, et évalué leurs propriétés en tant que milieu amplificateur. Ils ont ensuite intégré les points quantiques dans des lasers monomodes à crête étroite et des lasers à cavité en cristaux photoniques, et obtenu un fonctionnement en mode continu. Les chercheurs ont mis au point des modes de croissance personnalisés pour l'auto-assemblage des points quantiques, et conduit une première expérience sur une nouvelle méthode de synthèse de ces points, la croissance sur zone sélective assistée par lithographie de copolymère dibloc.

L'équipe est en bonne voie de réaliser un laser femtoseconde émettant à 1,5 micron, et compte y arriver bientôt. Cette technique pourrait améliorer les performances de plusieurs dispositifs, dans des domaines comme les télécommunications, l'imagerie médicale et la métrologie.