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Un laser à cascade quantique (QCL) asservi en phase
par - 25 avril 2007
Les lasers à cascade quantique (QCL) sont des sources laser qui depuis peu fonctionnent en régime monomode continu en délivrant des puissances de l’ordre de la centaine de mW dans l’infrarouge (9 à 10 microns).
Ces images montrent le QCL et l’objectif de focalisation installés sur une monture en cuivre elle-même montée dans un cryostat à azote liquide.
La source que nous utilisons pour exciter la transition à deux photons à 9.166 microns entre les niveaux (v=0,L=2) et (v=1,L=2) de H2+ est une QCL asservie en phase sur un laser à CO2. En effet, une QCL a une largeur d’émission d’environ 5 MHz en fonctionnement libre, beaucoup trop large pour observer une transition à deux photons dont la largeur attendue est de l’ordre de 10 kHz.
Nous avons construit un laser à CO
monomode stabilisé par absorption saturée sur une transition de l’acide formique (HCOOH). Sa largeur de raie est environ 3 kHz.
Un asservissement en phase ultra-rapide avec un décalage en fréquence ajustable par un synthétiseur permet de réduire fortement la largeur de raie de la QCL et d’obtenir une laser fin puissant et accordable sur une plage de 200 MHz à 3 GHz autour de la fréquence d’émission du laser à CO.
La figure ci-dessous montre le spectre du battement entre le laser à CO et le laser à cascade quantique lorsque l’asservissement est actif. La fréquence de battement est de 958 MHz, l’intervalle de 20 MHz, la résolution est de 10 kHz, et le filtre vidéo de 1 kHz. Le pic central est très fin et a une largeur inférieure à la résolution ultime de l’analyseur de spectre utilisé (200 Hz). Les pics satellites à 6 MHz poussent lorsqu’on augmente le gain de l’asservissement et reflètent la bande passante de l’asservisement.
Pour plus de détails, voir F. Bielsa, A. Douillet, T. Valenzuela, J.-Ph. Karr, L. Hilico, Optics Letters 32, 1641-1643 (2007). Narrow-line phase-locked quantum cascade laser in the 9.2 micron range.
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