2014-013 Diode laser en cavité étendue simplifiée

2014-013 Diode laser en cavité
étendue simplifiée
Nom & Prénom Gauthier-Lafaye Olivier
Organisme CNRS, LAAS
Adresse Toulouse Cedex 4
Code postal 31077
Ville 7 avenue du colonel Roche
Adresse mail olivier.gauthier-l[email protected]
Directeur du Laboratoire: Jean ARLAT
Descriptif du sujet:
L’essor des micro- et nano- technologies offre de nouvelles perspectives aux composants optiques et
optoelectroniques. Notamment, l’émergence de nouvelles générations de filtres réflecteurs résonants, à
base de cristaux photoniques bidimensionnels [1,2], ouvre maintenant la voie à de nouvelles
architectures de cavités laser étendues, compactes et hautement fonctionnelles, susceptibles
d’apporter une rupture sur les caractéristiques modales, temporelles et spectrales des sources laser à
semi-conducteur.
Les ruptures de performance attendues peuvent être de plusieurs ordres : amélioration de la finesse de
cavité obtenue, par l’augmentation de la finesse des filtres spectraux, amélioration de la stabilisation
spectrale par l’augmentation de la réflectivité effective de la cavité externe, amélioration de la compacité
des montages optiques, par l’intégration des fonctions de miroir et de filtrage spectral, simplification de
la mise en œuvre de ces cavités, amélioration des propriétés dynamiques de la cavité par l’utilisation de
cavités courtes….toutes ces améliorations ayant des applications potentielles pour les systèmes optiques
embarqués, soit en améliorant les systèmes actuels, soit .en ouvrant de nouvelles classes d’applications
aux sources laser à semi-conducteur.
L’objectif de cette thèse est d’explorer les potentialités des diodes laser en cavité externe utilisant des
filtres qui ont été récemment démontrées [3], et de comparer les performances obtenues à celles des
technologies actuelles les plus performantes (par exemple : lasers stabilisés par réseau inscrit dans une
fibre).
Contexte :
La réinjection dans une diode laser est réalisée en pratique à l’aide d’un miroir ou d’un réseau
diffractant, l’ensemble constituant une cavité laser « étendue » (LCE) dont les propriétés ont fait l’objet
de nombreux travaux pour obtenir des émissions à faible largeur de raie [4,5], l’accordabilité de la
longueur d’onde d’émission [6], la génération d’impulsions brèves [7], ou pour exploiter des dynamiques
chaotiques [8].
L’équipe photonique du LAAS a récemment démontré une nouvelle architecture de cavité externe
reposant sur l’utilisation de miroirs sélectifs en longueur d’onde très simplifiée par rapport aux cavités
externes existantes. Cette nouvelle architecture présente notamment de très grands avantages par
rapport aux solutions existantes en termes de compacité, de simplicité d’alignement et de robustesse de
fonctionnement. Ces nouveaux types de cavités pourraient donc, à terme, devenir une alternative
intéressante aux LCE classiques, qu'elles soient réalisées sur un banc optique conventionnel ou à l’aide
d’un réseau inscrit sur une fibre. Les premiers essais réalisés au laboratoire mettent en évidence des
caractéristiques spectrales prometteuses ainsi qu’une certaine facilité d’intégration, une bonne stabilité
des réglages et des points de fonctionnement, et une bonne insensibilité à l’environnement.
L’objectif de la thèse sera de mener une étude systématique des architectures et performances de ces
cavités externes.
Le travail de thèse envisagé comporte donc plusieurs volets :

- Un premier volet concerne la caractérisation expérimentale de lasers en cavité externe utilisant
des miroirs CRIGF. La caractérisation portera sur les mesures de finesse de raie, sur l’optimisation de la
cavité et la mesure des tolérances d’alignement. La stabilisation active des cavités sera ensuite abordée.
- Un second volet des travaux portera sur l’optimisation des filtres CRIGF pour un fonctionnement
optimal des cavités laser. Ces travaux comprendront aussi bien des composantes théoriques de design et
modélisation que des aspects de nano-fabrication dans la salle blanche du laboratoire.
- Un dernier volet des travaux portera sur la modélisation des performances des lasers en cavité
externe obtenus.
L’ensemble de ces travaux sera réalisé en utilisant des diodes laser émettant vers 850 nm, dans le cadre
de l’action R&T CNES en cours avec le LAAS.
Références :
[1] K. Kintaka & al., Opt. Exp. 20, 1444, 2012.
[2] X. Buet & al., Opt. Exp. 20, 9322, 2012.
[3] X. Buet & al., El. Lett. 25, 1619, 2012.
[4] Grillot et al., IEEE Photon. Tech. Lett. 14, pp 101-103, 2002
[5] Kazarinov et al., IEEE J. Quantum Electron. 23, pp 1401-1409, 1987
[6] P. Zorabedian, Tunable external cavity semiconductor lasers, Tunable lasers handbook , F. J. Duarte
(Ed.) (Academic, New York, 1995) Chapter 8
[7] JP Van der Ziel, “Mode locking of semiconductor lasers”, Semiconductors and semimetals,
Wilardson&Beer, orlando Academic, pp 1-68, 1985
[8] Lenstra et al., IEEE J Quantum Electron. 21, pp 674-679, 1985
Laboratoire d'accueil envisagé:
LAAS-CNRS (CNRS, UPR 8001)
Profil du candidat (veuillez préciser la spécialité du Master):
L’étudiant(e) doit avoir une bonne formation en physique, plus spécifiquement en optique/opto-
électronique et si possible avoir une expérience de micro-fabrication.
Comme indiqué ci-dessus, une grande partie du travail à réaliser est un travail expérimental, soit en
laboratoire d’optique, soit en salle blanche. Le candidat devra donc savoir faire preuve d’un bon esprit
pratique et d’un gout prononcé pour l’expérimentation. Une bonne ouverture d'esprit, une grande
ténacité pour surmonter les problèmes rencontrés et un esprit d’équipe permettant de s’intégrer dans
l’équipe de recherche sont des atouts supplémentaires pour mener à bien cette thèse et ce projet. Cette
implication et intégration seront facilitées par le suivi, le soutien et l’encadrement par une équipe jeune
et dynamique.
Les candidatures éligibles proviendront d’étudiants motivés avec un master 2 en optique, opto-
électronique, physique ou équivalent. Une première expérience en physique des lasers à semi-
conducteurs, ou en micro-nano fabrication, ou en optique expérimentale sera particulièrement appréciée.
Responsable CNES - Nom: Faure Benoit
Responsable CNES - Structure: DCT/SI/OP
Mail responsable thèse: benoi[email protected]
Fichier joint: