Fiabilité des diodes lasers DFB 1,55 µm pour des applications de

N° d'ordre : 3141
THÈSE
présentée à
L'UNIVERSITÉ BORDEAUX 1
ÉCOLE DOCTORALE DE SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR
par Laurent MENDIZABAL
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPÉCIALITÉ : ELECTRONIQUE
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FIABILITE DE DIODES LASER DFB 1,55 μm POUR DES
APPLICATIONS DE TELECOMMUNICATION :
Approche statistique et interaction composant-système
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Soutenue le 03 mars 2006
Aprèsavisde:
M. O. BONNAUD Professeur, IETR (Rennes) Rapporteur
M. C. BOISROBERT Professeur, IREENA (Nantes) Rapporteur
Devant la commission formée de :
M. P. FOUILLAT Professeur, Université Bordeaux 1 Président du jury
M. O. BONNAUD Professeur, IETR (Rennes) Rapporteur
M. C. BOISROBERT Professeur, IREENA (Nantes) Rapporteur
M. Y. DANTO Professeur, Université Bordeaux 1 Examinateur
Mme. C. AUPETIT Maître de Conférences, ENSIL (Limoges) Examinateur
M. L. BECHOU Maître de Conférences, Université Bordeaux 1 Examinateur
Mme. D. LAFFITTE Ingénieur, AVANEX-France Invitée
M. O. GILARD Ingénieur, CNES-Toulouse Invité
M. F. VERDIER Maître de Conférences, Université Bordeaux 1 Invité
- 2006 -

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Remerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire se sont déroulés au sein du Laboratoire d'Etude de
l'Intégration des Composants et Systèmes Electroniques (IXL), UMR 5818 CNRS, ENSEIRB,
Université Bordeaux 1. Je souhaite ici remercier les personnes qui ont contribué à l'élaboration de ces
travaux.
J'adresse mes remerciements à Monsieur le Professeur André Touboul, Directeur du Laboratoire
IXL, pour m'avoir accueilli au sein de ce laboratoire.
Que Monsieur Yves Danto, Professeur à l’Université Bordeaux 1, reçoive l'expression de toute ma
reconnaissance pour m'avoir proposé ce sujet de recherche. Ses compétences scientifiques, sa vision
globale de la fiabilité et les conseils avisés qu’il a pu me promulguer lors de nos trop courtes
conversations m'ont été d’une aide très précieuse.
Mes plus sincères remerciements vont à Monsieur Laurent Béchou, Maître de Conférences à
l’Université Bordeaux 1, et co-directeur de cette thèse, dont la rigueur, les compétences scientifiques
et le soutient ont grandement participé à l’aboutissement de cette thèse.
Je tiens à vivement remercier Monsieur Christian Boisrobert, Professeur à l'Institut de Recherche
en Electronique et Electrotechnique de Nantes Atlantique et monsieur Olivier Bonnaud, Professeur à
l’Institut d’Electronique et de Télécommunications de Rennes, qui ont accepté de juger ce travail et
d'en être les rapporteurs, et dont les remarques et les encouragements m’ont grandement aidé lors de la
préparation de la soutenance orale.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance au personnel d’AVANEX France, notamment en
les personnes de Madame Dominique Laffitte, Monsieur Jean-Luc Goudard et bien sûr Monsieur
Victor Rodrigues, qui, malgré les moments difficiles qu’ils ont traversé, m’ont accueilli au sein de leur
entreprise, et par leurs compétences techniques et leur aide, ont rendu cette thèse possible.
Je voudrais remercier aussi Monsieur Jean-Michel Dumas, Professeur à l’Ecole Nationale
Supérieure d’Ingénieurs de Limoges, et Madame Christelle Aupetit, Maitre de Conférences à l’Ecole
Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Limoges, sans les compétences et la collaboration desquels le
quatrième chapitre de cette thèse ne serait resté qu’au stade de projet.

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Je tiens aussi à remercier Monsieur Frédéric Verdier, Maitre de Conférences à l’Université
Bordeaux 1, dont les compétences autant théoriques que techniques sont à l’origine de la partie
statistique de ce travail, dont l’élaboration aurait été bien plus laborieuse sans son soutien
inconditionnel.
Je tiens à exprimer ma pleine reconnaissance à Monsieur Olivier Gilard, Ingénieur au CNES à
Toulouse pour l'honneur qu'il m’a fait en participant a ce jury.
Je remercie aussi vivement Monsieur Pascal Fouillat, Professeur à l’Université Bordeaux 1, pour
avoir accepté de présider mon jury.
Je remercie évidemment toute l’équipe Fiabilité de l’IXL : Yannick, Yves, Bruno, pour leurs
précieux conseils.
Enfin, je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont soutenu durant ce projet qui était
l’aboutissement de cette thèse.
Il s’agit bien entendu de tout le personnel de l’IXL. Mais il s’agit bien sûr et surtout mes amis,
thésards au laboratoire IXL ou officiant dans d’autres sphères, et notamment Pierre, mon autre moi-
même (ce qui n’a pas rendu nos discussions plus faciles, bien au contraire !!!), Séverine, une amie
sincère, Mickael pour nos petites soirées post-aïkido, et Isabelle qui a toujours su se rendre disponible
pour qui a besoin d’elle.
Et bien évidemment ma famille : mes parents, ma sœur Aline, et Christophe et Luisa (que je ne
saurais classer autre part que dans cette catégorie !!!) pour avoir toujours été là pour moi, bien que
n’étant pas toujours facile à vivre, je l’avoue !

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Sommaire
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................................ 9
CHAPITRE I : COMPOSANTS OPTIQUES POUR LES TELECOMMUNICATIONS -
ETAT DE L'ART SUR LA TECHNOLOGIE DFB ........................................................... 13
I. I NTRODUCTION .......................................................................................................................... 14
II. M
ARCHE ACTUEL DE L ’ OPTOELECTRONIQUE ............................................................................ 14
II.1. Domaine militaire et spatial ................................................................................................................. 15
II.2. Automobile............................................................................................................................................ 15
II.3. Technologies de l’information.............................................................................................................. 15
II.4. Secteur des télécommunications ........................................................................................................... 16
III. T ECHNIQUES DE MULTIPLEXAGE EN LONGUEUR D ’ ONDE ......................................................... 18
IV. P
RINCIPES PHYSIQUES D ' UNE DIODE LASER MONOMODE DFB.................................................. 20
IV.1. Rappels sur le laser multimode de type Fabry-Perot .......................................................................... 20
IV.2. Conditions de résonance laser : gain et phase .................................................................................... 22
IV.3. Sélection monomode : intérêt du réseau de Bragg .............................................................................. 24
IV.3.a. Comparaison des performances des diodes laser Fabry-Perot et DFB......................................... 26
IV.3.b. Accordabilité en longueur d'onde par réseau de Bragg................................................................ 29
IV.4. Description de la technologie DFB ..................................................................................................... 30
IV.4.a. Architectures technologiques Fabry-Pérot...................................................................................31
IV.4.b. Technologie DFB monosection ................................................................................................... 36
IV.4.c. Technologies DFB multisections ................................................................................................. 38
IV.5. Les différents types de mécanismes de dégradation ............................................................................ 39
IV.5.a. Mécanismes intrinsèques à la diode Laser ................................................................................... 39
IV.5.b. Mécanismes intrinsèques au réseau de Bragg.............................................................................. 42
IV.5.c. Mécanismes intrinsèques à l’assemblage..................................................................................... 42
V. J USTIFICATION DU TRAVAIL DE THESE ...................................................................................... 44
V.1. Rappels sur les méthodes d’étude de la fiabilité ...................................................................................45
V.1.a. Approches « classiques » .............................................................................................................. 45
V.1.b. Approches appliquées dans le domaine de l’optoélectronique...................................................... 47
V.2. Outils destinés à l’étude de la fiabilité.................................................................................................. 48
V.2.a. Cinétique générale de dégradation – Modèle d'Arrhénius............................................................. 48
V.2.b. Rappels sur les définitions de base................................................................................................ 49
V.3. Problématique actuelle de la fiabilité ................................................................................................... 51
V.4. Interaction composant/système : vers une approche de modélisation de la fiabilité ............................ 53