Stuttgart, Univ., Fakultät Informatik, Studienarb., 1997.

Techn. Universiẗat, Diss., 2001--Berlin.

The goal of this dissertation work was to develop pulsed terahertz radiation techniques and use them to study different properties of the semiconductor materials and semiconductor devices. Three groups of materials were investigated: GaAsBi, GaAs nanowires, copper-indium chalcogenide. The used techniques are THz-TDS, optical pump – THZ probe, optical pump – optical probe and THz excitation spectral measurements. The main results that were presented in this dissertation are the following: thermal annealing has resulted in the shortening of electron lifetime in GaAsBi to picosecond values, which is important achievement for the application of this material in THz range components. In GaAsBi layers with larger than 10% Bi content absorption bleaching recovering on the picosecond time scale and its saturation can be realized when the wavelengths of the optical signals are as long as 1600 nm. The results of these studies can be applied in the production of SESAM with bismide absorption layer. The samples with GaAs nanowires emit THz radiation several times better than the bulk GaAs substrates due to enhanced light absorption because of localized surface plasmon resonances in GaAs nanowires. THz emission efficiency from thin copper-indium chalcogenide layers strongly depends on their stoichiometry and on the parameters of the top transparent contact layers, thus it can be used for the mapping of built-in electric fields in solar cells made from these layers. / Šio darbo tikslas buvo susipažinti su terahercinių impulsų generavimo ir detektavimo būdais, įsisavinti įvairias terahercinių impulsų panaudojimo metodikas bei pritaikyti jas puslaidininkių medžiagų ir puslaidininkinių prietaisų tyrimui. Buvo tirtos trys medžiagų grupės: GaAsBi, GaAs nanovielutės ir Cu – In chalkogenidai. Tyrimui buvo naudojamos: THz – TDS, optinio žadinimo – THz zondavimo, optinio žadinimo – optinio zondavimo bei THz sužadinimo spektroskopijos metodikos. Pagrindiniai rezultatai aprašyti disertacijoje yra šie: GaAsBi bandinių atkaitinimas stipriai sumažino krūvininkų gyvavimo trukmes, kas yra naudinga THz komponentų gamyboj. Optinio praskaidrėjimo efektas ir pikosekundžių eilės krūvininkų gyvavimo trukmės GaAsBi epitaksiniuose sluoksniuose su 10% ir daugiau Bi atomų stebimas žadinant juos optine spinduliuote, kurios bangos ilgiai siekia iki 1600 nm. Šios GaAsBi bandinių savybės leidžia juos priakyti įsisotinančių sugėriklių veidrodžių gamyboje. Bandiniai su GaAs nanovielutėmis emituoja THz spinduliuotę kelis kartus geriau nei GaAs padėklas, dėl padidėjusios sugerties, kurią skatina paviršinių optinių plazmonų rezonansai GaAs nanovielutėse. THz emisijos efektyvumas iš Cu-In chalkogenidų sluoksnių stipriai priklauso nuo jų stechiometrijos ir viršutinio skaidraus kontakto parametrų, ir gali būti naudojamas saulės elementų, pagamintų šių sluoksnių pagrindu, vidinių elektrinių laukų tyrimui.

Šio darbo tikslas buvo susipažinti su terahercinių impulsų generavimo ir detektavimo būdais, įsisavinti įvairias terahercinių impulsų panaudojimo metodikas bei pritaikyti jas puslaidininkių medžiagų ir puslaidininkinių prietaisų tyrimui. Buvo tirtos trys medžiagų grupės: GaAsBi, GaAs nanovielutės ir Cu – In chalkogenidai. Tyrimui buvo naudojamos: THz – TDS, optinio žadinimo – THz zondavimo, optinio žadinimo – optinio zondavimo bei THz sužadinimo spektroskopijos metodikos. Pagrindiniai rezultatai aprašyti disertacijoje yra šie: GaAsBi bandinių atkaitinimas stipriai sumažino krūvininkų gyvavimo trukmes, kas yra naudinga THz komponentų gamyboj. Optinio praskaidrėjimo efektas ir pikosekundžių eilės krūvininkų gyvavimo trukmės GaAsBi epitaksiniuose sluoksniuose su 10% ir daugiau Bi atomų stebimas žadinant juos optine spinduliuote, kurios bangos ilgiai siekia iki 1600 nm. Šios GaAsBi bandinių savybės leidžia juos priakyti įsisotinančių sugėriklių veidrodžių gamyboje. Bandiniai su GaAs nanovielutėmis emituoja THz spinduliuotę kelis kartus geriau nei GaAs padėklas, dėl padidėjusios sugerties, kurią skatina paviršinių optinių plazmonų rezonansai GaAs nanovielutėse. THz emisijos efektyvumas iš Cu-In chalkogenidų sluoksnių stipriai priklauso nuo jų stechiometrijos ir viršutinio skaidraus kontakto parametrų, ir gali būti naudojamas saulės elementų, pagamintų šių sluoksnių pagrindu, vidinių elektrinių laukų tyrimui. / The goal of this dissertation work was to develop pulsed terahertz radiation techniques and use them to study different properties of the semiconductor materials and semiconductor devices. Three groups of materials were investigated: GaAsBi, GaAs nanowires, copper-indium chalcogenide. The used techniques are THz-TDS, optical pump – THZ probe, optical pump – optical probe and THz excitation spectral measurements. The main results that were presented in this dissertation are the following: thermal annealing has resulted in the shortening of electron lifetime in GaAsBi to picosecond values, which is important achievement for the application of this material in THz range components. In GaAsBi layers with larger than 10% Bi content absorption bleaching recovering on the picosecond time scale and its saturation can be realized when the wavelengths of the optical signals are as long as 1600 nm. The results of these studies can be applied in the production of SESAM with bismide absorption layer. The samples with GaAs nanowires emit THz radiation several times better than the bulk GaAs substrates due to enhanced light absorption because of localized surface plasmon resonances in GaAs nanowires. THz emission efficiency from thin copper-indium chalcogenide layers strongly depends on their stoichiometry and on the parameters of the top transparent contact layers, thus it can be used for the mapping of built-in electric fields in solar cells made from these layers.

Dans un premier temps, nous avons optimisé des structures laser VECSEL dans le but de maximiser la puissance émise par une gestion thermique adéquate. Les structures conçues et fabriquées contiennent une zone active à base d’InP pour l’émission à 1.55 µm. Un miroir hybride métal- semiconducteur à base d’un miroir de Bragg GaAs/AlAs est intégré à la zone active. La structure semiconductrice est intégrée avec différents substrats hôtes de bonne conductivité thermique sur la base de simulations numériques, et les performances des dispositifs fabriqués sont évaluées expérimentalement sous pompage optique Les VECSELs intégrés sur substrat diamant CVD présentent les puissances de sortie les plus élevées, et sont de bons candidats pour l’émission de puissance (> 500 mW) à 1.55 µm et pour les expériences de blocage de modes. D’un autre côté nous montrons que l’intégration d’un substrat de cuivre par voie électrochimique représente une approche flexible et faible-coût, pour atteindre une puissance de sortie de plusieurs dizaines de mW jusqu’à ~ 200 mW.Dans un second temps, nous avons développé des SESAMs à 1.55 µm. La région active est formée de puits quantiques InGaAsN/GaAs, couplés par effet tunnel à des plans GaAsN à recombinaison rapide. Des temps caractéristiques de recouvrement de l’absorption de quelques picosecondes à la dizaine de picoseconde sont ainsi mesurés.La résonance de la microcavité SESAM est ajustée de manière contrôlée grâce à des couches de phase spécifques épitaxiées en surface de la structure. La gravure sélective couche par couche des couches de phase permet d’accorder la profondeur de modulation et la dispersion de vitesse de groupe (GDD) de la structure SESAM.Finalement nous avons assemblé les structures SESAM et VECSEL dans une cavité à quatre miroirs pour obtenir un fonctionnement laser en régime de blocage de modes passif. Nous observons que la durée de l’impulsion de blocage de modes peut être réduite de plusieurs picosecondes (~ 10 ps), jusqu’à moins de la picoseconde (0.9 ps) en accordant la GDD de la structurre SESAM. / In a first step, we have developed and implemented VECSEL structures, aiming at maximizing the laser output power through a proper thermal management. The fabricated VECSEL chips contain an InP-based active region for emission at 1.55 µm. A hybrid metal-GaAs/AlAs Bragg mirror is used to achieve efficient dissipation of the heat generated in the active region. The semiconductor structure is integrated to various host substrates and the VECSEL performances are investigated numerically and experimentally. VECSELs with CVD diamond substrates have the best overall performance and are promising for large output power (> 500 mW), while electroplated copper substrate is demonstrated to be a flexible and cost-effective approach for thermal management in 1.55 µm OP-VECSEL in order to achieve output power of several tens of mW to ~ 200 mW. The second part of the work is devoted to the development of SESAM structures at 1.55 µm. The structures include an active region consisting of InGaAsN / GaAs quantum wells surrounding by GaAsN planes, allowing to achieve absorption relaxation time of few picoseconds. The SESAM microcavity resonance was adjusted via a selective etching of phase layers specifically designed to control the magnitude of both the modulation depth and the intra cavity group delay dispersion of the device.Finally, assembling VECSEL and SESAM chips in a cavity, we observe experimentally that the mode-locked pulse duration could be reduced from several picoseconds to less than one picosecond when the resonance and group delay dispersion of the SESAM microcavity are tuned.

A systematic study of microscopic many-body dynamics is used to analyze a strategy for how to generate ultrashort mode locked pulses in the vertical external-cavity surface-emitting lasers with a saturable absorber mirror. The field propagation is simulated using Maxwell's equations and is coupled to the polarization from the quantum wells using the semiconductor Bloch equations. Simulations on the level of second Born-Markov are used to fit coefficients for microscopic higher order correlation effects such as dephasing of the polarization, carrier-carrier scattering and carrier relaxation. We numerically examine recent published experimental results on mode locked pulses, as well as the self phase modulation in the gain chip and SESAM.

No description available.

This thesis reports on the development of glass-based femtosecond laser sources around 2 µm wavelength. In order to be able to produce 2 µm radiation the dopants used were trivalent Thulium (Tm³⁺) and trivalent Holmium (Ho³⁺) that could be optically pumped with Ti:Sapphire radiation at 0.8 µm and semiconductor disk lasers (SDL) at 1.2 µm. The samples were produced at Leeds University and polished in-house in bulk form and deployed in free space laser cavities. Tellurite compounds doped with Tm³⁺ produced stable continuous wave 1.94 µm radiation when pumped at 800 nm with a maximum efficiency of 28.4% with respect to the absorbed power and maximum output power around 120 mW when pumped using a Ti:Sapphire operating around 0.8 µm. The radiation was broadly tunable across 130 nm. Tm³⁺-Ho³⁺ doubly doped tellurite samples lased around 2.02 µm with maximum efficiency of 25.9% and with P[subscript(OUT)]=75 mW and a smooth tunability of 125 nm. The fluorogermanate glass doped with Tm³⁺ gave an absorbed to output power efficiency of 50%. The maximum continuous wave output powers obtained were around 190 mW and limited by the available pump power at 0.8 µm. These results together with a very low threshold of 60 mW of incident power were comparable to the crystalline counterparts to this gain medium. The Tm3+ tellurite and the Tm³⁺-Ho³⁺ tellurite compounds were also pumped by an SDL operating at 1215 nm to obtain an indication of the viability of such a pump scheme. The results were a maximum internal slope efficiency of 22.4% with a highest output power of 60 mW. The comparison demonstrated that 1.2 µm pumping was competitive with using 0.8 µm wavelength. The use of semiconductor saturable absorbing mirror (SESAM) technology was used for the modelocking of these lasers. The SESAM was produced in Canada and implanted with As⁺ ions in order to reduce the relaxation time. Trains of transform-limited laser pulses at 222 MHz as short as 410 fs centred at 1.99 µm were produced for the first time with a bulk Tm³⁺:Fluorogermanate glass. The maximum average output power obtained was of 84 mW. The same SESAM deployed on the Tm³⁺-Ho³⁺ Tellurite compounds gave trains of transform-limited pulses as short as 630 fs at 2.01 µm with a repetition rate of 143 MHz and a maximum averaged output power of 43 mW. The regime of propagation obtained was soliton-like and the modelocking was self-starting. The results obtained with bulk glass were very promising and open interesting research pathways within the realm of amorphous bulk gain media.

L'huile de Sésame a un grand intérêt économique et industriel et est utilisée comme ressource biologique riche en protéines, en antioxydants et comme substrat de bioprocédés pour la production d'enzymes, d'antibiotiques ou de biopesticides. Nous avons préparé, par transestérification de l'huile via un ester méthylique, un mélange d'esters de l'acide vanillique (VNA) et obtenu un produit plus hydrosoluble VNA-2, qui a ensuite été encapsulé dans des billes de pectinate de calcium ou de zinc, visant à une libération contrôlée dans le colon. La dissolution des billes a été étudiée aux pH de l'estomac et du colon, et en milieu enzymatique. L'activité antioxydante du principe actif libéré a été évaluée in vitro par des tests DPPH et TRAP et des tests in vivo sont en cours sur le lapin.L'huile de Tamanu, huile végétale non comestible extraite des graines de Calophyllum inophyllum, est utilisée en médecine polynésienne traditionnelle et comme matière première en cosmétique; elle possède des propriétés thérapeutiques: effets antimicrobien, anti-inflammatoire, analgésique, anti-tumoral, cytoprotecteur anti-UV. Sa capacité antioxydante, celle de ses fractions résineuses et de coumarines isolées ont été évaluées par des tests basés sur la réduction de radicaux libres stables (DPPH) ou le piégeage de radicaux libres dérivés de l'oxygène impliqués dans le stress oxydant (TRAP). Les résultats montrent que la résine de Tamanu contient les principales fractions antioxydantes. La molécule la plus active au regard des deux tests est l'Inocalophylline B. Les inophyllums C et E présentent une activité antioxydante modérée vis à vis du test DPPH bien que ne portant pas de fonction hydroxyle / Sesame oil is of great economic and industrial interest. It is used as a protein or antioxidant rich biological resource and as a substrate for bioprocesses for enzymes, antibiotics or biopesticides production. We esterified sesame oil with methanol and then transesterified the resulting mixture with vanillic acid (VNA) in order to get a more water soluble mixture of vanillic esters of its fatty acids (VNA-2). VNA-2 was encapsulated in Ca or Zn pectine beads with the objective of a controlled release in the colon. Beads dissolution was followed in acidic (stomach) and basic (colon) media as well as in enzymatic medium. The antioxidant activity of the liberated substrate was evaluated by in vitro DPPH and TRAP tests and compared to that of the non-encapsulated product. In vivo experiments of drug release in the rabbit are in progress.Tamanu oil is a non-edible vegetable oil extracted from the seeds of Calophyllum inophyllum, widely used in traditional Polynesian medicine and as raw material in cosmetics. It exhibits various therapeutic properties: antimicrobial and anti-inflammatory, analgesic and anti-tumor, cytoprotective anti-UV. Antioxidant capacity of Tamanu oil, its resinous extracts and coumarins isolated from the latter were evaluated using standard tests, based on the reduction of a stable free radical (DPPH) or the scavenging of oxygen-derived radicals involved in oxidative stress. The results show that the resin contains Tamanu oil major antioxidant fractions. The more active molecule in both tests is inocalophylline B. The inophyllums C and E show a moderate antioxidant activity with respect to the DPPH test, while not bearing an hydroxyl group.

Dans un premier temps, nous avons optimisé des structures laser VECSEL dans le but de maximiser la puissance émise par une gestion thermique adéquate. Les structures conçues et fabriquées contiennent une zone active à base d'InP pour l'émission à 1.55 µm. Un miroir hybride métal- semiconducteur à base d'un miroir de Bragg GaAs/AlAs est intégré à la zone active. La structure semiconductrice est intégrée avec différents substrats hôtes de bonne conductivité thermique sur la base de simulations numériques, et les performances des dispositifs fabriqués sont évaluées expérimentalement sous pompage optique Les VECSELs intégrés sur substrat diamant CVD présentent les puissances de sortie les plus élevées, et sont de bons candidats pour l'émission de puissance (> 500 mW) à 1.55 µm et pour les expériences de blocage de modes. D'un autre côté nous montrons que l'intégration d'un substrat de cuivre par voie électrochimique représente une approche flexible et faible-coût, pour atteindre une puissance de sortie de plusieurs dizaines de mW jusqu'à ~ 200 mW.Dans un second temps, nous avons développé des SESAMs à 1.55 µm. La région active est formée de puits quantiques InGaAsN/GaAs, couplés par effet tunnel à des plans GaAsN à recombinaison rapide. Des temps caractéristiques de recouvrement de l'absorption de quelques picosecondes à la dizaine de picoseconde sont ainsi mesurés.La résonance de la microcavité SESAM est ajustée de manière contrôlée grâce à des couches de phase spécifques épitaxiées en surface de la structure. La gravure sélective couche par couche des couches de phase permet d'accorder la profondeur de modulation et la dispersion de vitesse de groupe (GDD) de la structure SESAM.Finalement nous avons assemblé les structures SESAM et VECSEL dans une cavité à quatre miroirs pour obtenir un fonctionnement laser en régime de blocage de modes passif. Nous observons que la durée de l'impulsion de blocage de modes peut être réduite de plusieurs picosecondes (~ 10 ps), jusqu'à moins de la picoseconde (0.9 ps) en accordant la GDD de la structurre SESAM.