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Per i dispositivi a emissione verticale funzionanti sono state effettuate misure di accordabilit `a in frequenza tramite microcavit `a accoppiata, rilevando con il bolometro la radiazione diffusa dallo specchio posto sul sistema piezoelettrico.

4.3.1 Campione AR5

La mancanza di emissione in direzione orizzontale, parallela all’asse della strut- tura laser, non ha consentito di poter effettuare misure di accordabilit `a in frequenza per questo dispositivo.

4.3.2 Campione L341-1

La misura di accordabilit `a in frequenza per il dispositivo L341-1 `e stata effet- tuata posizionando lo specchio esterno a una distanza h ≈ 500µm dalla metal- lizzazione superiore, per poi ridurla progressivamente di δh ≈ 1µm. Ci`o non `e stato difficile essendo noto che il piezoelettrico si muove per passi e ogni passo corrisponde a circa ≈ 50nm. In figura 4.29 `e riportato lo spostamento del picco di emissione al variare di h. Ogni spettro si riferisce a uno spostamento com- plessivo dello specchio di circa ∆h ≈ 3µm rispetto al precedente.

Il picco di emissione si sposta con continuit `a verso le alte frequenze mano a

Figura 4.29: Misura dell’accordabilit `a in frequenza del dispositivo L341-1. Dall’alto verso il basso ogni spettro `e stato acquisito dopo aver ridotto h di ≈ 3µm rispetto al precedente. La mi- sura `e stata effettuata con il dispositivo alla temperatura Tl= 8K e alle condizioni di corrente

mano che lo specchio si avvicina al dispositivo, fino a raggiungere un massimo di frequenza. Riducendo ulteriormente h, lo spostamento del picco procede ver- so le basse frequenze, fino a ritornare alla situazione iniziale.

Un periodo completo dello spostamento del picco `e stato compiuto dopo che lo specchio si `e avvicinato complessivamente di ≈ 95µm. Considerato che la frequenza di emissione di questo dispositivo `e 3.2 THz (corrispondenti a λ = 93µm), questo risultato `e coerente con le previsioni teoriche perch´e la microca- vit `a esterna si trova in risonanza con la cavit `a del dispositivo quando vale la relazione h = nλ con n numero intero.

Per questo dispositivo si `e raggiunta un’accordabilit `a continua di 8GHz alla temperatura Tl = 8K. Successivamente si `e variata la temperatura del bagno

termico per valutare la massima accordabilit `a raggiungibile con questo dispo- sitivo. Per fare ci`o si `e aumentata progressivamente la temperatura di lavoro fino ad un massimo di 95K, oltre il quale non `e stata pi `u rilevata emissione laser, e si `e registrato di quanto si `e spostato il picco dello spettro, riscontrando un ulteriore spostamento del picco principale di circa 4GHz.

In conclusione, variando la temperatura di lavoro e movimentando la micro- cavit `a, `e stato possibile variare in modo continuo la frequenza di emissione di ≈ 12GHz.

4.3.3 Campione L341-2

La misura di accordabilit `a in frequenza per il dispositivo L341-2 `e stata effet- tuata con procedura analoga a quella appena descritta. I risultati sono ripor- tati in figura 4.30. In questo grafico ogni spettro successivo corrisponde a una riduzione di h pari a ∆h ≈ 5µm. In questo caso specifico il massimo valore di accordabilit `a registrato `e pari a 2GHz.

Analogamente al dispositivo L341-1, si `e registrato un periodo completo di spo- stamento del picco dello spettro dopo aver compiuto uno spostamento comples- sivo dello specchio pari a≈ 100µm, coerentemente con le previsioni teoriche. Agendo sulla temperatura `e stato infine possibile accordare l’emissione di al- tri 4 GHz, raggiungendo cos`ı, per questo dispositivo, un valore complessivo di 6GHz.

Figura 4.30: Misura dell’accordabilit `a in frequenza del dispositivo L341-2. Dall’alto verso il basso ogni spettro `e stato acquisito dopo aver ridotto h di ≈ 5µm rispetto al precedente. La mi- sura `e stata effettuata con il dispositivo alla temperatura Tl= 8K e alle condizioni di corrente

tali da avere il massimo di segnale. P W = 250ns Duty = 1%

re alla inferiore emissione in direzione verticale, in quanto l’accordabilit `a in frequenza dipende dallo scambio di energia tra le due cavit `a risonanti.

4.3.4 Campione L341-3

La misura di accordabilit `a in frequenza per il dispositivo L341-3 `e stata effet- tuata con la stessa procedura di L341-1 e L342-2.

I risultati sono riportati in figura 4.31. In questo grafico ogni spettro successivo corrisponde a una riduzione di h pari a ∆h ≈ 5µm. Contrariamente a L341-2, questo dispositivo ha mostrato, durante la caratterizzazione, una emissione verticale maggiore e, di conseguenza, abbiamo osservato una accordabilit `a pi `u

Figura 4.31: Misura dell’accordabilit `a in frequenza del dispositivo L341-2. Dall’alto verso il basso ogni spettro `e stato acquisito dopo aver ridotto h di ≈ 5µm rispetto al precedente. La mi- sura `e stata effettuata con il dispositivo alla temperatura Tl= 8K e alle condizioni di corrente

tali da avere il massimo di segnale. P W = 250ns Duty = 1%

efficace. Nel complesso l’accordabilit `a `e stata di 4GHz.

Un periodo completo dello spostamento del picco dello spettro `e stato com- piuto conseguentemente a uno spostamento complessivo dello specchio pari a ≈ 90µm, coerentemente con le previsioni teoriche.

Agendo sulla temperatura `e stato infine possibile accordare l’emissione di al- tri 4 GHz, raggiungendo cos`ı, per questo dispositivo, un valore complessivo di 8GHz.

4.3.5 Commenti

Il dispositivo L341-1, nella condizione in cui lo specchio `e stato posizionato a una distanza pari a h ≈ 300µm, ha consentito di ottenere un’accordabilit `a pari a 8GHz. Tale valore `e risultato inferiore rispetto ai 10 ÷ 20GHz ottenuti in [22]. I motivi di questo scostamento nel risultato rispetto a [22] pu`o essere dovuto a:

• minore potenza ottica emessa in direzione verticale dai dispositivi. • maggiore difficolt `a ad avvicinare lo specchio oltre ≈ 300µm.

Inoltre, `e stato osservato un solo picco nello spettro in frequenza di emissione mentre in [22] ne sono stati osservati due, dei quali quello a pi `u alta frequenza rappresenta il modo di risonanza al bordo superiore della zona proibita nello spazio delle frequenze, generata dalla struttura DFB (figura 2.10). La mancata osservazione di questo picco nei dispositivi L341 `e da attribuirsi al fatto che, per questo modo risonante, la competizione tra perdite e guadagno `e tale da non permettere emissione laser in direzione verticale.

Le misure effettuate con i dispositivi L341-2 e L341-3 hanno, infine, mostra- to una dipendenza dell’accordabilit `a dalla potenza ottica emessa in direzione verticale, nonostante la mancanza di un risultato quantitativo.

Conclusioni

Il presente lavoro di tesi ha avuto come obiettivo la progettazione e realizzazio- ne di dispositivi laser a cascata quantica operanti nel Terahertz con struttura a feedback distribuito, finalizzata alla messa a punto di un sistema di accor- dabilit `a in frequenza optomeccanico non convenzionale basato su microcavit `a accoppiata.

I risultati ottenuti hanno mostrato il raggiungimento di intervalli di accordabi- lit `a di 12 GHz e di profili di fascio pi `u direzionali quando il reticolo `e disegnato con geometria bi-periodica.

La fabbricazione di QCL DFB operanti nel Terahertz con regioni attive progres- sivamente pi `u sottili ha rivelato che l’eccessiva diminuzione di potere, associate alla molta efficienza quantica della struttura, `e una caratteristica fortemente limitante. Infatti, le maggiori perdite radiative associate alle regioni attive pi `u sottili (simulate analiticamente) rendono estremamente critica la scelta delle periodicit `a della struttura DFB e, di conseguenza, l’intero processo di fabbrica- zione risulta essere pi `u critico.

Infine, la dipendenza dell’accordabilit `a con microcavit `a dalla potenza ottica emessa riscontrata nelle caratterizzazioni LI indica che una notevole ottimiz- zazione degli intervalli di accordabilit `a `e ottenibile da questi dispositivi previa progettazione di regioni attive ad elevata efficienza quantica esterna.

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tesi, hanno cambiato la mia persona fin nel profondo e mi hanno

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