Thèse présentée par Isabelle Hantonne pour obtenir le grade de
Docteur en Physique de l’Université Sorbonne Paris Nord
Les lasers organiques à l’état solide (OSSLs) représentent des sources lumineuses cohérentes prometteuses pour les technologies photoniques de nouvelle génération, offrant une large accordabilité spectrale, une compatibilité avec des substrats flexibles, des coûts de fabrication faibles et un potentiel d’intégration sur de grandes surfaces. Des défis majeurs persistent néanmoins, parmi lesquels le fonctionnement en mode continu (CW), le pompage électrique, et la génération d’impulsions brèves (sub-nanosecondes) contrôlées sous excitation en impulsions longues ou en régime CW. Ces limitations sont liées à des processus non radiatifs et à des propriétés intrinsèques des semi-conducteurs organiques, notamment le quenching des excitons, l’accumulation d’états triplets et la photodégradation.
Cette thèse aborde deux aspects clés du développement des OSSLs : la caractérisation fiable du gain optique dans les matériaux organiques, ainsi que la compréhension et le contrôle des dynamiques laser en régime transitoire. La méthode VPI (Variable Pump Intensity), basée sur l’émission spontanée amplifiée (ASE), est tout d’abord revisitée ; ses limites sont caractérisées et des protocoles expérimentaux affinés sont proposés pour une évaluation plus robuste du gain. La seconde partie de l’étude porte sur les lasers organiques en régimes transitoires, examinés via des structures VCSEL et DFB en couches minces. Des dynamiques ultrarapides (picosecondes) spontanées, telles que les oscillations de relaxation et le spiking, sont observées sous pompage par diodes. Enfin, un Q-switching passif intégrant un absorbant saturable, le graphène, est exploré, pour la génération contrôlée d’impulsions sub-nanosecondes. Ces travaux contribuent à positionner les OSSLs comme de potentielles sources lasers rapides et intégrables pour la communication optique. Plus généralement, cette thèse établit les bases expérimentales nécessaires au développement du premier laser organique à l’état solide générant des impulsions sub-nanosecondes sous pompage par diodes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la photonique ultrarapide.
Membre de Jury :
CASSETTE Elsa, ENS PARIS SACLAY, LUMIN, Rapporteur
ROMANELLI Marco, Université de Rennes, Institut FOTON , Rapporteur
LEBENTAL Mélanie, ENS PARIS SACLAY, C2N, Examinateur
BALEMBOIS François, IOGS, LCF, Examinateur
CHÉNAIS Sébastien, Université Sorbonne Paris Nord, LPL, Directeur de thèse
FORGET Sébastien, Université Sorbonne Paris Nord, LPL, Co-directeur de thèse
Mot-clés : Lasers organiques, régime transitoire laser, oscillations de relaxation, spiking, pompage par diodes, BSBCz, graphène
Soutenance : Le 25 Novembre 2025 à 14h30 Amphi Fermat