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DYNAMIQUE NON-LINEAIRE DANS LES DIODES LASERS A NANOSTRUCTURES
QUANTIQUES
APPLICATION AU CONTROLE DU FACTEUR DE COUPLAGE PHASE-AMPLITUDE
POUR LA REALISATION DE DISPOSITIFS PHOTONIQUES INTEGRES
Frédéric Grillot
Université Européenne de Bretagne, Laboratoire CNRS FOTON, Institut National des
Sciences Appliquées, 20 avenue des buttes de Coesmes, 35708 Rennes Cedex 7, France
[email protected]
Le facteur de couplage phase-amplitude est un paramètre crucial dans les lasers à semiconducteurs influençant plusieurs aspects fondamentaux, tels que la largeur de raie, la dérive de
fréquence lors la modulation, la stabilité du mode, la sensibilité au recouplage optique voire
l’apparition de la filamentation [1]. La dynamique des diodes lasers est fortement influencée par le
facteur de couplage phase-amplitude ce qui suscite un intérêt particulier pour l'étude des
phénomènes d'injection et/ou de rétroaction optique [2] [3]. Dans les lasers à nanostructures
quantiques (e.g. boîtes quantiques), la longueur d'onde d’émission du laser peut basculer, pour
une certaine valeur du courant d’injection, de l'état fondamental (EF) vers l'état excité (EE). Ainsi,
même si la longueur d’émission est toujours centrée sur la transition fondamentale, l’accumulation
de porteurs dans l'EE augmente inévitablement le facteur de couplage phase-amplitude. Dans
certains cas, lorsque la saturation du gain sur le niveau fondamental est importante, le facteur de
couplage phase-amplitude peut prendre des valeurs fortement exacerbées voire même négatives
en particulier proche de la transition EF-EE [4]. L’objectif de cet exposé sera de montrer que ces
variations importantes du facteur de couplage phase-amplitude observées dans les BQ peuvent
être utilisées pour améliorer les propriétés remarquables des composants optoélectroniques. En
particulier, l’exploitation des propriétés non-linéaires des BQ couplées à des études d’injection ou
de rétroaction optique peut conduire à des variations importantes du facteur de couplage phaseamplitude. Par exemple, un dispositif avec un facteur de couplage phase-amplitude négatif peut
servir à compresser des impulsions ou à contrecarrer la dérive de fréquence positive intervenant
dans les fibres optiques ce qui permettrait aux signaux de se propager sans se dégrader. Cette
étude vise donc à lever des verrous technologiques fondamentaux quant à la manipulation et au
contrôle du facteur de couplage phase-amplitude dans les composants à BQ en vue
d’applications potentielles aux futurs systèmes de télécommunications et d’interconnexions
optiques [5].
[1] G. Giuliani et al., Round-Robin Measurements of Linewidth Enhancement Factor of
Semiconductor Lasers in COST 288 Action, Lasers and Electro-Optics and the International
Quantum Electronics Conference, USA, 2007
[2] F. Grillot et al., Variation of the feedback sensitivity in a 1.55-µm InAs/InP quantum dash FabryPerot semiconductor laser, Appl. Phys. Lett., vol. 93, pp. 191108, 2008.
[3] N. A. Naderi et al., Modeling the Injection-Locked Behavior of a Quantum Dash Semiconductor
Laser, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, vol. 15, pp. 563-571, 2009
[4] F. Grillot et al., Gain Compression and Above Threshold Linewidth Enhancement Factor in 1.3µm InAs/GaAs Quantum Dot Lasers, IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 44, 10, 2008.
[5] N. A. Naderi et al., Manipulation of the Linewidth Enhancement Factor in an Injection-Locked
Quantum-Dash Fabry-Perot Laser at 1550nm, The 23rd Photonics Society Meeting, USA, 2010.
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