We investigate the behaviour of the intensity noise in a multi-longitudinal mode Nd:YAG laser. This type of laser is a nonlinear system which exhibits complicated dynamics within the intensity noise. For example, antiphase dynamics is where there is cancellation of one or more collective modes of oscillation, which are distinct from the longitudinal modes, in the total output. Commonly lasers are studied experimentally to discriminate between models used to describe them. They are convenient since many external influences can be controlled and the oscillations of interest are low frequency (in the kHz regime) making their direct measurement relatively simple. In our laser, the collective modes of oscillation are excited by broadband ambient noise. Because the phase of the excitation is unknown, we develop the cross spectral technique to measure the antiphase dynamics directly and form a picture of the intensity noise interference for two to five mode operation. For three mode operation, we measure the contributions of the longitudinal modes to the collective modes. We also calculate power spectral densities of the individual longitudinal modes and the total intensity. We test relationships between these quantities, at the collective mode frequencies, which are derived from modal rate equation theory. For two mode operation, the theoretical relations are satisfied. For three mode operation, the relations are satisfied when the picture of interferences is taken into account. The cross spectral technique is therefore shown to be a sensitive test of the model developed by Pieroux and Mandel [T. Hill et al., Phys. Rev. A 66, 063803 (2002)]. The behaviour of the multimode laser operating near the threshold of a longitudinal mode is measured. Transitions in the cross spectrum are noted in some pairs of longitudinal modes, for an arbitrary but small pump rate above threshold of a longitudinal mode. It has been shown that longitudinal modes with a high threshold pump power may become more intense than those with a lower threshold [K. Otsuka et al., Opt. Lett. 23, 201 (1998), L. Stamatescu and M.W. Hamilton, (unpublished) (1999), N.B. Abraham et al., Phys. Rev. A 62, 013810 (2000), P.A. Khandokhin, E.A. Ovchinnikov and E.Yu. Shirokov, Phys. Rev. A 61, 053807 (2000)]. The AC noise component of the first two longitudinal modes to reach threshold, is found to exhibit similar properties to their intensity. The implications of the results of this thesis, on models used to describe the behaviour of solid state lasers, are also discussed. / Thesis (Ph.D.)--Physics, 2003.

Les dispositifs microélectroniques réalisés en technologie silicium possèdent des limitations intrinsèques liées à ce matériau et ses dérivés (Si, SiO2, SiGe…). Une des solutions pour proposer à l’avenir des performances accrues passe par l’introduction de nouveaux matériaux en technologie silicium. De bons candidats pour le remplacement du silicium en tant que canal de conduction sont les semi-conducteurs III-V à base d’arséniures (III-As) pour bénéficier de leurs propriétés de transport électronique exceptionnelles. Cependant, en préliminaire à la réalisation de tels dispositifs, il faut obtenir des couches de III-As de bonne qualité cristalline sur des substrats de silicium. Ces deux matériaux montrent en effet des différences de propriétés que l’on se propose de surmonter au cours de ces travaux par des stratégies de croissance cristalline.Ces travaux de thèse portent sur l’étude en détail des croissances de couches de matériaux GaAs et InGaAs, sur des substrats de silicium de 300 mm de diamètres et par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques. Dans un premier temps, des efforts seront menés afin d’éliminer un des défauts cristallins les plus rédhibitoires pour l’utilisation de ces matériaux, à savoir les parois d’antiphase. Puis, la réalisation d’hétérostructures quantiques III-As permettra, via des analyses d’émissions optiques (photo- et cathodoluminescence), de rendre compte de la qualité globale ainsi que locale des couches ainsi épitaxiées. Enfin, des croissances localisées dans des motifs décananométriques préalablement réalisés sur les substrats de silicium seront conduites dans le but de comprendre les mécanismes de réduction des défauts pour ces géométries. / The microelectronic devices designed in the silicon technology field are intrinsically limited due to the nature of this material and its derivatives (Si, SiO2, SiGe…). One of the solutions to further reach enhanced performances lies in the introduction of new materials within silicon technology. Good candidates for silicon replacement as a conduction channel are the arsenide-based III-V semiconductors (III-As), in order to benefit from their outstanding electronic transfer properties. However, as a preliminary for the achievement of such devices, III-As films with good crystalline quality have to be obtained on silicon substrates. Indeed, those two materials display properties differences this work intends to overcome by following crystalline growth strategies.This PhD work deeply study the growth of GaAs and InGaAs films on 300 mm-diameter silicon substrates by metalorganic vapour phase epitaxy. In the first instance, efforts will be put on the elimination of one of the crystalline defects being the most prohibitive for the use of such materials: antiphase boundaries. Then, the achievement of III-As quantum heterostructures will enable, by optical emission analysis (photo- and cathodoluminescence), to reflect the global and local quality of the resultant epitaxial films. Finally, localised growth, in decananometric designs, preliminary performed on silicon substrates, will be carried out, with the aim of understanding the defects reduction mechanisms for those geometries.

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L'intégration monolithique de GaAs sur Si permettrait la réalisation de sources de lumière sur Si pour des applications notamment dans les interconnexions optiques ou les cellules solaires à haut rendement et faible coût. Toutefois, les différences intrinsèques entre les deux matériaux conduisent à l'apparition de défauts dans la couche de GaAs (dislocations, fissures, parois d'inversion). Nous démontrons que l'utilisation de pseudo-substrats, constitués d'une couche tampon de Ge sur un substrat de Si, combinée à l'insertion d'un super-réseau par épitaxie par couche atomique (ALE) en début de croissance permet d'obtenir du GaAs avec de bonnes propriétés optiques. Des dispositifs émetteurs de lumière (DEL, laser, diode à émission par la surface) à base de puits et de boîtes quantiques ont été réalisés. Leurs caractéristiques ont été étudiées et comparées à des structures de référence sur substrat de GaAs pur.