LASER A CAVITE VERTICALE EMETTANT PAR LA SURFACE DANS LA GAMME DE L'ULTRA-VIOLET – VESUVE

Les progrès récents dans le domaine des transducteurs optiques ont conduit au développement de capteurs optiques d’éléments chimiques et de biomolécules avec des applications aussi diverses que le diagnostic clinique, l’ingénierie biomoléculaire, la mise au point de médicaments, le contrôle de l’environnement, et l’industrie alimentaire. Avec
les spectroscopies visibles et IR, la spectroscopie UV est, parmi de nombreuses techniques, utilisée pour de tels capteurs chimiques ou biochimiques et peu servir à déterminer de façon routinière la présence et la quantité d’éléments chimiques ou de composés organiques. Cependant, la limitation première des capteurs optiques UV actuels concerne les sources de lumière UV qui sont loin d’être robustes, compactes, efficaces et sont de plus chères. Le remplacement des lampes halogènes large spectre au deutérium ou des lampes à décharge filtrée à spectre étroit, qui sont les plus utilisées des sources UV, serait donc particulièrement intéressant. Les objectifs du projet VESUVE sont de répondre à ce besoin par le développement de nouvelles familles de matériaux à grandes bandes interdites, comprenant les alliages semi-conducteurs BAlN et (In)AlGaN, et l’utilisation de leurs qualités uniques pour développer des lasers à cavités verticales émettant par la surface (VCSELs) performants dans le domaine de l’UV profond (?<300 nm). En particulier, le couple d’alliages BAlN/AlN possède un contraste d’indices de refraction très important qui permet d’envisager la fabrication de miroirs de Bragg performants. Le projet VESUVE prévoit de combiner des miroirs de Bragg à base de BAlN avec des regions actives à base d’(In)AlGaN et des miroirs diélectriques pour mettre en oeuvre le premier VCSEL UV au monde fonctionnant par pompage optique (OP) et émettant à une longueur d’onde inférieure à 300 nm. La réalisation d’une source lumineuse à cavité résonante (qui ne lase pas) pompée optiquement est prevue comme une première étape afin de mener les etudes necessaries à l’obtention ultérieure d’un OP-VCSEL. Les différéntes étapes du projet concernent 1) la mise au point des conditions de croissances optimales des matériaux BAlGaN et (In)AlGaN à la base des VCSELs, 2) l’étude et la validation de ces nouveaux matériaux par la réalisation de composants à cavité résonante pompés optiquement puis d’OP-VCSELs. L’étude des lasers en cavité externes (VECSEL) est également programmée comme une solution alternative pour obtenir des composants performants et opérationnels. L’équipe du projet VESUVE rassemble les compétences uniques de chaque partenaire en matériaux pour les composants photoniques. Les différents partenaires impliqués sont l’UMI 2958 Georgia Tech-CNRS, incluant les personnels associés de l’UPVM et de Supelec, (croissance MOCVD des alliages BAlN et (In)AlGaN, test des sources lumineuses à cavité résonante pré-laser), le LPN-CNRS (miroirs diélectriques, conception et tests des VECSELs et VCSELs) et le LASMEA – UMR 6602 CNRS-UBP (caractérisations optiques, conception). VESUVE devrait positionner la France en leader dans le développement de la prochaine génération de capteurs optiques avec des sources UV cohérentes, accordables en longueur d’onde, fiables et à faible consommation.