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IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 25, NO. 6, NOVEMBER/DECEMBER 2019 1200407 Thermally Tunable Quantum Cascade Laser With an External Germanium-on-SOI Distributed Bragg Reflector Sanja Radosavljevic , Ana Radosavljevi´ c , Christian Schilling, Stefan Hugger, Ralf Ostendorf, Bart Kuyken, and Gunther Roelkens Abstract—Quantum cascade lasers (QCLs) are essential com- ponents for mid-infrared optical spectroscopy. Currently, widely tunable QCLs are using an external diffraction grating to tune the laser wavelength. In this paper we present a compact tunable QCL that is thermally tuned by a distributed Bragg reflector (DBR) implemented on a Germanium-on-SOI (Ge-on-SOI) waveguide circuit. The 5.1x μm wavelength laser, operating in pulsed mode at room temperature, is continuously tuned over 50 nm. Index Terms—Quantum cascade lasers, distributed Bragg reflec- tor, Germanium-on-SOI, mid-infrared. I. INTRODUCTION M ID-INFRARED spectroscopy is a highly discriminatory technique used for chemical analysis of gases, liquids and solids. The mid-infrared spectral region (2–20 μm) cov- ers the fundamental vibrational transitions of many important molecules. This gives the mid-infrared region an advantage over the transitions at near-infrared and visible wavelengths, which mostly correspond to overtones and hence have orders of magnitude lower absorption cross section compared to the fundamental transitions [1]–[4]. In addition, molecular spectra in the mid-infrared are less densely arranged, allowing for selective spectroscopic detection of a large number of molecules, while near-infrared and visible spectra in general consist of overlap- ping bands that may be difficult to resolve [5]. QCLs are semiconductor lasers based on resonant tunneling and optical transitions between electronic levels within the con- duction band of a multi-quantum well structure. As a result, the wavelength of the emitted light is determined by the thickness of the wells and barriers and can be tailored by band-gap engi- neering. QCLs allow for high optical output power in continuous Manuscript received February 6, 2019; revised June 15, 2019; accepted July 9, 2019. Date of publication August 7, 2019; date of current version September 16, 2019. This work was supported by the European Research Council (ERC) starting Grant ELECTRIC. (Corresponding author: Sanja Radosavljevic.) S. Radosavljevic, A. Radosavljevi´ c, B. Kuyken, and G. Roelkens are with the Photonics Research Group, Department of Information Technology, Ghent University-imec, 9052 Ghent, Belgium (e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]; gunther.roelkens@ugent. be). C. Schilling, S. Hugger, and R. Ostendorf are with the Fraunhofer In- stitute for Applied Solid State Physics IAF, 79108 Freiburg, Germany (e-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected]). Color versions of one or more of the figures in this article are available online at http://ieeexplore.ieee.org. Digital Object Identifier 10.1109/JSTQE.2019.2933784 wave operation at room temperature [6]–[9]. Moreover, QCLs can be designed with a broadband gain medium, with full widths at half maximum of more than 200 cm 1 [10], enabling wide wavelength tunability. Wavelength tuning currently mostly relies on combining a quantum cascade (QC) gain chip with an external grating, which provides wavelength-selective feedback to the laser and defines its emission wavelength. External cavity quantum cascade lasers (EC-QCLs) are widely tunable but are cumbersome and complex to build. They require well-aligned external optical components including a rotating diffraction grating for tuning, and a highly precise rotation mechanism that is prone to instabilities [11]. The implementation of a MEMS-based tunable diffraction grating partly overcomes these issues [12], however the assembly pro- cess remains cumbersome. In this paper we propose implement- ing the wavelength selecting external cavity on a silicon photonic chip in order to replace the external rotating grating. Whilst QCLs integrated on silicon waveguide circuits through wafer bonding have been demonstrated [13], these demonstrations were limited to non-tunable laser structures, with measured output peak power 20 mW. Although papers show laser diode wide tuning by an external cavity on a silicon chip with the gain chip integrated through butt-coupling, flip-chip integration or wafer bonding [14], [15], this is the first time a QCL is employed, thereby paving the way to miniaturized widely tunable sources in the mid-infrared, without any moving parts which improves the stability, compactness and robustness of the system. The combination of silicon-based photonic integrated circuits (PICs) and efficient mid-infrared QCLs capable of operating at room temperature [6] are therefore expected to enable low-cost and compact mid-infrared optical sensors [16], [17]. Due to the high absorption of SiO 2 in the mid-infrared [18], the traditional silicon-on-insulator (SOI) photonic integration platform used at telecom wavelengths is limited to an operation wavelength of 4 μm [19]. In order to fully exploit the mid- infrared wavelength region, multiple silicon-based platforms have been proposed for the implementation of mid-infrared PICs beyond 4 μm using silicon as the guiding material, some of which rely on a suspended silicon membrane [20] or a silicon- on-sapphire layer stack [21]. However, using silicon as the wave- guide core material limits the wavelength range of operation to about 8 μm. A number of devices have also been demon- strated on a graded index Silicon-Germanium (SiGe) waveguide 1077-260X © 2019 IEEE. Personal use is permitted, but republication/redistribution requires IEEE permission. See http://www.ieee.org/publications_standards/publications/rights/index.html for more information.

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(pinus nigra austriaca)

Description :

-Taille et forme de l’arbre : L'arbre mesure environ 40 à 50 mètres de hauteur. Celui de Saint Laurent, mesurait 7,7m soit environ 5fois notre taille lors de notre mesure le 30/09/11. Il a une forme conique.

-Diamètre du tronc mesuré à hauteur de

poitrine : Le diamètre du tronc à hauteur de poitrine atteint 42cm tandis que la circonférence est de 1,33 m.

-Aspect, couleur de l’écorce : La couleur de l'écorce est gris, marron.

- Feuilles : Feuilles en AIGUILLES.

•Disposition : les aiguilles sont groupées par deux.

•Forme : Ce sont de aiguilles insérées par paire, de 8 à 14 cm. Elles sont épaisses, rigides, pointus, légèrement courbées et de couleur vert-foncé.

Pin Noir D’Autriche

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- Longévité : L'arbre peut vivre environ 100 ans.

Reproduction :

-Période de floraison : vers la fin du mois de mai.

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-Description des fleurs : Les fleurs mâles sont jaunes, longues de 2 cm et regroupées sur les rameaux de l'année précédente. Les fleurs femelles sont rougeâtres, placées à la pointe de jeunes pousses.

Inflorescences mâles

http://www.jardirom.net/mai02.html Grain de pollen observé au M.e.b http://www.savoirs.essonne.fr/

-Description des fruits et des graines, période de maturité ainsi que les modes de

dispersion : Cet arbre possède des cônes mesurant 8 centimètres de long.

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Les Graines pourvues d'ailes, sont dispersées par le vent lors de l'ouverture des cônes, de décembre à avril. La maturité sexuelle de l'arbre est atteinte entre quinze et quarante ans.

Milieu de vie et origine : Le pin noir d'Autriche se développe en climat continental. Il résiste au froid comme à la sécheresse, ainsi

qu'au vent et à la pollution atmosphérique. C'est un arbre présentant de nombreuses variétés et que l'on trouve en Europe Méridionale, de

l'Espagne à la Crimée, en Asie Mineure, à Chypre et localement dans les montagne de l'atlas en Afrique du Nord-Ouest. Cet arbre est l'objet d'étude de l'INRA car il valorise la perspective d'un réchauffement climatique.

Utilisation : Il est souvent utilisé pour la restauration de terrain en montagne (RTM) mais aussi dans les chênaies pubescentes et dans les hêtraies.

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Bibliographie, webographie : Les sources sont assez variées, sur le net: Wikipédia, http://www.plantes-et-jardins.com et http://www.savoirs.essonne.fr/

pour les descriptions, mais aussi les photographies prises dans le parc du Collège en face des classes de 4ème, le logiciel Photoshop pour en redimensionner certaines, de plus, le logiciel Mesurim pour connaître la hauteur approximative de l'arbre, ainsi que différents livres comme 1001 Trucs & Astuces pour le Jardin, Savoir tout faire au jardin (sélection du reader's digest ; p82)

Réalisé par BENKACI-ALI Mehdi 2°G

DA COSTA Kévin

CHADENIER Aimeric

IVORRA Manon