Groupe Composants Photoniques pour Applications

Groupe Composants Photoniques pour Applications Telecoms
Groupe Photonique pour Télécoms
Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN)
UPR 20 CNRS, Marcoussis Guy Aubin, Sophie Bouchoule, Jean-Louis Oudar, Abderrahim
Ramdane
http://www.lpn.cnrs.fr
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Microcavités pour traitement toutoptique
Lasers et amplificateurs à boîtes
quantiques auto-assemblées
Dans les réseaux de
télécommunication
par
fibre optique les fonctions
de traitement du signal
peuvent être effectuées de
manière tout-optique, ce
qui doit conduire à des
systèmes plus simples et plus avantageux
(coût, fiabilité, etc.), notamment pour la
régénération 2R. Les microcavités à accès
vertical sont insensibles à la polarisation et
spectralement compatibles avec le traitement
des signaux multiplexés en longueur d’onde.
L’irradiation ionique permet une relaxation
rapide (< 1 ps) des absorbants saturables à
puits quantiques sur InP. De nouveaux
matériaux quinaires GaInNAsSb bordés de
plans riches en azote (voir figure) permettent
la réalisation de microcavités de structure
monolithique sur GaAs.
Des
propriétés
remarquables
sont
attendues des dispositifs à
base de boîtes quantiques
grâce au confinement des
porteurs dans les trois dimensions de l’espace.
Ces systèmes " 0-D " obtenus par épitaxie
avec des densités > 1010 cm-2 (figure) ont
déjà permis la démonstration de nouvelles
performances aussi bien pour les lasers
(courant de seuil, stabilité avec la
température, facteur de Henry) que pour les
amplificateurs (dynamique très rapide de
récupération de gain) avec un fort potentiel
pour les applications en télécommunications
par fibre optique.
Dispositifs VCSELs pour l’émission
laser à 1.55µm en cavité externe
Les
dispositifs
lasers
VCSEL (Vertical Cavity
Surface-Emitting Lasers)
représentent
une
alternative intéressante aux
composants lasers en onde
guidée à émission par la
tranche pour différentes
applications
des
télécommunications optiques : émission laser
de puissance, parfaitement momomode, ou
émission laser impulsionnelle. Le VCSEL à
cavité externe est formé d’un " demi-VCSEL
" placé dans une cavité externe de quelques
dizaines de µm, à quelques mm de longueur.
L’injection de courant basée sur une jonction
tunnel est localisée (voir figure) pour
contrôler le diamètre d’émission et l’adapter
au mode de la cavité. Le dispositif est alors
monomode transverse pour des grandes tailles
de mode (>50µm), ce qui permet par principe
d’augmenter significativement la puissance
émise.
VECSEL pour l’émission laser
monomode accordable en longueur
d’onde autour de 1.55µm
Un VCSEL peut être placé
dans une micro-cavité
externe d’une longueur
correspondant à quelques
dizaines de longueurs
d’onde, ce qui permet d’ajouter aux avantages
des sources VCSEL monolithiques (faibles
courant de commande, émission circulaire,
parfaitement monomode), la possibilité
d’accorder de manière simple la longueur
d’onde d’émission sur plusieurs dizaines de
nm. Le dispositif se compose d’un demiVCSEL commandé électriquement, et d’un
micro-miroir externe concave hautement
réfléchissant
directement
formé
sur
l’extrémité de la fibre optique de couplage
(figure). Une émission monomode (Rapport
de suppression des modes latéraux >40dB) et
accordable en longueur d’onde autour de
1550nm sur 15nm à 25nm est ainsi obtenue
grâce à un déplacement fin, contrôlé par un
élément piézoélectrique.