Theory of mode-locked lasers based on non-conventional cavity modes

Cette thèse de doctorat porte principalement sur la dynamique et la robustesse d’un nouveau concept de verrouillage de mode dans les nanolasers semi-conducteurs ultracompacts. Un tel nanolaser présente des modes ermites-gaussiens créés par une cavité photonique harmonique pour confiner la lumière. Cela permet de mapper la cavité optique en oscillateur harmonique de mécanique quantique, avec des fréquences propres régulièrement espacées, une condition essentielle pour le verrouillage de mode. La période de verrouillage de mode est contrôlée par la conception du potentiel photonique, et non par la longueur de la cavité. Les régimes non linéaires possibles sont décrits par l’équation de Gross-Pitaevskii avec un potentiel parabolique et des termes non linéaires décrivant le gain et l’absorption. Pour étudier ces comportements dynamiques, des simulations numériques directes sont principalement mises en œuvre. Tout d’abord, la compétition de mode pour le gain entre les modes ermites et gaussiens en l’absence d’absorption saturable est étudiée. Deuxièmement, on prévoit que le verrouillage des modes se produira avec une saturation instantanée du gain et de l’absorption sur un large éventail de paramètres, correspondant à l’émergence d’une soliton dissipative. Troisièmement, dans le régime de saturation non instantanée du gain et de l’absorption, différents comportements dynamiques du nanolaser sont obtenus en faisant varier le gain et l’absorption. Ces différents régimes, y compris la commutation Q, le verrouillage de mode à commutation Q et le verrouillage de mode CW, sont décrits en détail. L’influence du facteur Henry sur le verrouillage de mode est également abordée. Quatrièmement, la robustesse du verrouillage de mode des modes ermite et gaussien au désordre de la cavité harmonique est étudiée en détail, y compris l’effet de la non-parabolicité du potentiel et les erreurs aléatoires dans la forme du potentiel.