JNOG 2004-Paris D.Mulin et al.

Émission laser de type DFBde cavités à cristal photonique 2D sur InP

D. Mulin, S. Bonnefont, F. Lozes-Dupuy, L.Cissé, O. Gauthier-Lafaye, J. Valentin 1,X. Chécoury, J. M. Lourtioz 2, A.Talneau 3,

F. Pommereau, C. Cuisin, E. Derouin, O. Drisse,L. Legouézigou, F. Lelarge, F. Poingt, G.H. Duan 4

1 LAAS-CNRS, 7 Avenue du colonel Roche, 31077 Toulouse Cedex 04, France2 IEF, UMR 8622 CNRS, Université Paris Sud, 91405 Orsay cedex, France

3 LPN-CNRS, Route de Nozay, 91460 Marcoussis cedex, France 4 OPTO+, Alcatel Research and Innovation, Route de Nozay, 91460 Marcoussis cedex, France

LPN

Avec le soutien du projet RNRT « CRISTEL »

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Contexte de l’étude

Émission

Combineur

Adaptateur

Barettede lasers

CRISTEL: Réalisation d’un système intégrant1 barrette de 8 lasers aux spécifications DWDM, 1 combineur et 1 adaptateur de mode tout cristal photonique (CP)

Intégration planaire

Choix de l'approche « substrat »: compatibilité avec l'injection électrique

Source: Exploiter les propriétés des cristaux photoniques pour réaliser une intégration planaire de diodes laser.

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Diodes laser à CP: maille hexagonale

• Analyse et développement de nouvelles configurations de diodes lasers à défaut linéique: -maille hexagonale (BIP totale) -InP/InGaAsP/InP (n(sub./air)=2.21) -fact. rempl. f=30% -orientation et périodicité variable

~4µm

InP

InP

Zone active@ 1.55µmInGaAsP

Miroir à CP

Face clivée

• Confinement verticalassuré par l’hétérojonction

3.2 m

240nm

• Confinement latéralassuré par le CP

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Dispositif expérimental: pompage optique

Facette clivée avec ou sans antireflet

InP (100µm)

CollectionSpot de ~10µm

3mm

InP (~1 µm)

6 Puits quantiques @1550nm

Mono-chromateur

Photodétecteur

Diaphragme=100µm

40

Laser à CP

Caméra IRLaser YAG @=1.06 µmImpulsion de 15ns@10 kHz

Lentillecylindrique

InGaAs

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Cavité W3 K (1)

a/ =0,317( =1577nm)

K

3 rangées de trousmanquantes

Spectre d'émission laser sous pompage optique

(période a=500nm)

• Émission monomode centrée dans le gain

• Raie laser avec ou sans anti-reflet Pas d’effet de cavité Fabry-Perot

• SMSR 40dB

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Cavité W3 K (2)

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

0,27

0,28

0,29

0,3

0,31

0,32

0,33

0,34

0,35

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Normalized wavevector ka/2p

Nor

mal

ized

Fre

quen

cy u

(=a/

)

A

Diagramme de bandes (TE)guide W3 K

|H|² en A

• Calcul par ondes planes • Fréquence normalisée théorique hors BIP, en A (k=0): a/=0.317 (=1577nm) Bon accord avec expérience

Mode DFB du 2ème ordre

Point de fonctionnement au second repliement

du mode fondamental

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Cavité W2-3 M (1)

M

3 rangées de trousmanquantes

Spectre d'émission laser sous pompage optique

(période a=420nm)

• 1 mode Fabry-Perot

• Coexistence de deux modes avec ou sans antireflet

FP=1nm

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Cavité W2-3 M (2)

0,18

0,19

0,2

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

0,27

0,28

0,29

0,3

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Normalized wavevector k.a.sqrt(3)/p

Norm

aliz

ed F

requ

ency

u(=

a/ )

Diagramme de bandes (TE)guide W2-3 M

a/1

a/2

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Cavité W2-3 M (2)

0,18

0,19

0,2

0,21

0,22

0,23

0,24

0,25

0,26

0,27

0,28

0,29

0,3

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Normalized wavevector k.a.sqrt(3)/p

Norm

aliz

ed F

requ

ency

u(=

a/ )

Diagramme de bandes (TE)guide W2-3 M

|H|² en a/1

• Fréquence normalisée théorique dans la BIP, k=p/a3: a/1=0.277 (1=1516nm) a/2 =0.275 (2=1527nm) Bon accord avec expérience

a/1

a/2

Point de fonctionnement au troisième repliement du mode fondamental

Modes DFB du 3ème ordre

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Cavité W2-3 M (3)

Analyse par la théorie des modes couplés

gnUa

.p

(Période a=420nm)

a/1 =0,277

KL 14, soit environ 10 fois plus grand qu’un DFB classique!!

th.= 400cm-1

a/2 =0,275

FP=1nm

Détermination expérimentale

exp.= 440cm-1

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Conclusion - Perspectives

• 1ère démonstration de l’effet laser dans des cavités de type W3 et W2-3 sur des cavités tout CP 2D à maille hexagonale (approche substrat)

• Démonstration de l’effet laser type DFB

• Validation expérimentale d’une détermination de K par les modes couplés

Etude de nouvelles configurations de sources laser

Compatibilité avec un pompage électrique

Voie de l’intégration multifonctionnelle planaire