Les nouvelles diodes laser pour les télécoms optiques

Les nouvelles diodes lasers
pour les télécoms optiques
puce laser
Sophie Bouchoule
Chargée de recherche
Laboratoire de photonique et de nanostructures
(CNRS Marcoussis)
Le 9 avril 2010
La diode laser à hétérostructure
• 1ère demonstration : 1969, diode laser à hétérostructure, en GaAs
Î prix Nobel de Physique 2000 (Z. I. Alferov et H. Kroemer)
Courant
Emission
laser
1
µm
0
-1
Courant de
seuil laser
~ 300 µm
Cavité laser
• Milieu amplificateur : cristal semiconducteur
• Pompage électrique : structure diode (p-i-n)
• Cavité optique :
-> les couches de matériaux semiconducteurs forment un guide d’onde
-> les faces clivées sont des plans cristallins qui forment des miroirs
Pertes optiques
(dB/km)
Les diodes laser et les fibres optiques
1 Tbit/s
GaAs
InP
25 lasers
InP
Réseau Terrestre :
Sous-marin :
λ = 1.55 µm
λ= 1.3/1.55 µm
λ = 0.85/1.3 µm
La technologie des lasers à semiconducteur
Fabrication sur
substrat
Barrettes
Clivage
Puces lasers
A partir d’un substrat 2’’ (5 cm) :
plus de ~ 20 000 puces laser
module
embase
Les nouveaux matériaux pour diode laser
Puits Barrière
Confinement
quantique 1D
3 nm
~ 20 nm
100 nm substrat (InP)
Pas de confinement
quantique des électrons
Matériau
massif
Puits
quantiques
Confinement
quantique 3D
Boites
quantiques
Nouvelles structures, nouvelles applications
•VCSELs , diode laser en micro-cavité à émission par la surface
Pas de clivage
Couplage fibre simplifié
~ 5 µm
~ 1 µm
Volume réduit :
courant de seuil laser < mA
Réseaux privés, intranet
10 Gbit/s
Amélioration de la dynamique
des VCSELs, extension à
d’autres longueurs d’onde
Nouvelles structures, nouvelles applications
• Internet vert (‘green internet’) : diodes laser à plus faible consommation
électrique, ne nécessitant pas de contrôle en température, ..
• Sources laser chez le particulier (‘Fiber-to-the-home’)
• Intégration de micro-laser sur silicium ?
micro-laser
Lien optique
Echange de données entre
processeurs ou entre circuits intégrés
par voie optique
Circuit intégré
(transistors)
Couche d’interconnexion optique
sur circuits électroniques intégrés
Des lasers dans les
circuits électroniques ?