Etude et réalisation de lasers à cavité verticale mono et multi-longueurs d'onde émettant à 1,55 micromètre PDF Download
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Book Description
Ce travail de thèse porte sur l’étude et le développement de lasers à cavité verticale dans le contexte des réseaux courtes et moyennes distances multiplexés en longueur d’onde. Dans ce contexte, nous avons étudié et réalisé plusieurs types de VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) émettant à une longueur d’onde de 1,55μm.Pour fabriquer ces structures, nous avons développé des miroirs de Bragg diélectriques et une technique de report sur substrat silicium. L’utilisation de ces techniques expérimentales, associée à un travail de modélisation à permis une optimisation des composants afin d’obtenir une émission laser sous un pompage optique continu jusqu’à 35°C.Le second composant étudié utilise une couche de phase électro-optique, appelé nano-PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal), placée au sein de la cavité du composant. Cette approche a montré pour la première fois une émission laser accordable sur 10nm par voie électro-optique avec une dynamique d’accord proche de 30μs.
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Ce travail de thèse porte sur l’étude et le développement de lasers à cavité verticale dans le contexte des réseaux courtes et moyennes distances multiplexés en longueur d’onde. Dans ce contexte, nous avons étudié et réalisé plusieurs types de VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) émettant à une longueur d’onde de 1,55μm.Pour fabriquer ces structures, nous avons développé des miroirs de Bragg diélectriques et une technique de report sur substrat silicium. L’utilisation de ces techniques expérimentales, associée à un travail de modélisation à permis une optimisation des composants afin d’obtenir une émission laser sous un pompage optique continu jusqu’à 35°C.Le second composant étudié utilise une couche de phase électro-optique, appelé nano-PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal), placée au sein de la cavité du composant. Cette approche a montré pour la première fois une émission laser accordable sur 10nm par voie électro-optique avec une dynamique d’accord proche de 30μs.
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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA CONCEPTION ET L'ELABORATION DE LASERS A CAVITE VERTICALE (VCSEL) MONOLITHIQUES EMETTANT A 1,55 M POUR LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES. LES PARTICULARITES DE CES LASERS EN FONT EFFECTIVEMENT DES CANDIDATS DE CHOIX POUR LE DEVELOPPEMENT DE MASSE DE LA FIBRE OPTIQUE DANS LE RESEAU D'ACCES. LES REGLES DE CONCEPTION ET DE CHOIX DES MATERIAUX CONSTITUANT CES LASERS SONT TOUT D'ABORD PRESENTEES. L'ACCENT EST MIS SUR LA REALISATION D'EMPILEMENTS MULTICOUCHES SEMICONDUCTRICES DE HAUT POUVOIR REFLECTEUR ET, LES EFFETS PARASITES TELS QUE LES VARIATIONS D'EPAISSEURS ET DE COMPOSITIONS SONT, DE SURCROIT, EVALUES. C'EST NOTAMMENT AU COURS DE CE CHAPITRE QUE L'INTERET DES COUCHES METAMORPHIQUES, POUR LA REALISATION DE MIROIRS A FORTE CONDUCTIVITE ELECTRIQUE ET THERMIQUE, EST EXPOSE. APRES UN BREF RAPPEL SUR LA PHYSIQUE DE LA CROISSANCE PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES, LES MECANISMES DE CROISSANCE DES MATERIAUX EN FORTS DESACCORD DE MAILLE SONT ENSUITE PRESENTES AU TROISIEME CHAPITRE. LE BUT SOUS TENDANT CETTE ETUDE ETANT DE DEMONTRER LA VALIDITE DE L'EMPLOI DE MIROIRS METAMORPHIQUES POUR LA PRODUCTION DE VCSELS. PAR AILLEURS, AU COURS DE CE CHAPITRE UNE METHODOLOGIE DE CROISSANCE PERMETTANT DE REALISER DES MIROIRS AVEC UNE PRECISION D'EPAISSEUR DE +/0,5%, METTANT EN UVRE UNE MESURE DE REFLECTIVITE IN-SITU, EST DECRITE. PUIS, LE PROBLEME DE L'INJECTION ELECTRIQUE ET DE SA LOCALISATION EST ABORDE CE QUI NOUS AMENE A PROPOSER UNE INJECTION DU COURANT PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE JONCTION TUNNEL POLARISEE EN INVERSE ET DE LA LOCALISATION DU COURANT PAR UNE ETAPE D'IMPLANTATION IONIQUE. ENFIN, DANS LE DERNIER CHAPITRE, LES CARACTERISATIONS PRELIMINAIRES DU FONCTIONNEMENT LASERS DES LASERS REALISES MONTRENT QUE LES OBJECTIFS DE PRODUCTION SE SOURCES LASERS DE FAIBLES COUTS POUR LES RESEAUX D'ACCES SONT ATTEINTS.
Author: Jean-Pierre Marie Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 192
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DANS LE CADRE D'UNE ETUDE DE PROPAGATION EN MILIEUX DIFFUSANTS, NOS RECHERCHES SE SONT PORTEES SUR L'UTILISATION D'UNE SOURCE LASER MINIATURE, FACILEMENT INTEGRABLE DANS DES SYSTEMES DE DETECTION NON-INVASIFS, ET ADAPTEE DU POINT DE VUE SPECTRAL, A CE TYPE DE MILIEUX. LES PERFORMANCES DE LA DETECTION D'UN OBJET IMMERGE DANS UN MILIEU DIFFUSANT REPOSANT SUR LES PROPRIETES OPTIQUES (DIVERGENCE, POLARISATION, COHERENCE,) DE L'ONDE UTILISEE COMME SONDE, NOUS AVONS OPTE POUR LES VCSELS (LASERS A CAVITE VERTICALE A EMISSION PAR LA SURFACE) EMETTANT A 850 NM, LONGUEUR D'ONDE POUR LAQUELLE LA LUMIERE EST FAIBLEMENT ABSORBEE DANS LES MILIEUX DIFFUSANTS TELS QUE LES TISSUS BIOLOGIQUES. LA PREMIERE PARTIE DE CE MEMOIRE CONCERNE LA CARACTERISATION OPTIQUE DU RAYONNEMENT EMIS PAR CES LASERS. NOUS AVONS ANALYSE LA POLARISATION, LE SPECTRE D'EMISSION AINSI QUE LA COHERENCE DE CES COMPOSANTS, UTILISES SIMULTANEMENT SOUS FORME MATRICIELLE OU SEPAREMENT. NOUS AVONS ENSUITE EXPLOITE LES PROPRIETES DES VCSELS DANS LE CADRE D'ETUDES DE DETECTION D'OBJETS EN MILIEUX DIFFUSANTS. NOUS AVONS DEVELOPPE UN SYSTEME, BASE SUR UNE METHODE D'OMBRES PORTEES PERMETTANT, A PARTIR D'UN VCSEL DE DETERMINER LA TAILLE D'UN OBJET (TIGE RECTANGULAIRE, CYLINDRIQUE, OPAQUE OU TRANSPARENTE) PLACE DANS UN MILIEU DIFFUSANT CONSTITUE D'UN MELANGE D'EAU ET DE LAIT, ET A PARTIR DE DEUX VCSELS DE CONNAITRE EN PLUS SA POSITION DANS LE MILIEU. NOUS AVONS EGALEMENT MONTRE QU'IL ETAIT POSSIBLE, GRACE A UNE DISCRIMINATION POLARIMETRIQUE, D'AMELIORER LES CONTRASTES OBTENUS. LA METHODE DE DETECTION COHERENTE BASEE SUR L'UTILISATION D'UN RESEAU DE FENTES, QUE NOUS AVONS DEVELOPPEE ENSUITE, NOUS A PERMIS D'ANALYSER LA NATURE DE L'OBJET.
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Les OP-VECSELs (Optically Pumped Vertical External Cavity Semiconductor Lasers) sont des sources permettant d'obtenir des faisceaux circulaires de bonne qualité et de puissance élevée. De plus, la cavité externe permet d'envisager la réalisation de sources impulsionnelles par l'insertion d'un miroir à absorbant saturable (SESAM) dans la cavité et la mise en place d'un régime de blocage de modes passif. Ce travail de thèse a porté sur la réalisation et l'étude des OP-VECSEL, des SESAMs et des cavités optiques adaptés à la réalisation d'une source impulsionnelle à l,55 [mu]m. Le cœur de ce travail de thèse a consisté en la conception, la caractérisation, et l'obtention du fonctionnement laser en continu d'OP-VECSELs réalisés monolithiquement sur InP. La principale difficulté pour l'obtention de l'effet laser en continu a été la gestion de l'échauffement, particulièrement important lors du pompage optique des matériaux à l'accord de maille sur InP. L'effet laser à 1,55 [mu]m en pompage continu à température ambiante a cependant été obtenu, avec un seuil de 6 kW/cm^2, et une puissance de sortie de 4 mW à OʿC. Ce résultat est une première pour une structure OP- VECSEL monolithique sur InP émettant à 1,55 [mu]m. La réalisation d'une source impulsionnelle nécessite l'amélioration des propriétés thermiques des OP-VECSELs, et nous proposons de nouvelles structures satisfaisant à cette contrainte. La génération d'impulsions brèves à haut débit nécessite l'accélération de la dynamique de fonctionnement des SESAMs. Pour ce faire, nous proposons une méthode originale, consistant à placer le puits quantique jouant le rôle d'absorbant saturable très près de la surface du composant, pour bénéficier des recombinaisons rapides des porteurs sur les états de surface. Nous proposons également des configurations de cavités optiques compactes adaptées à l'obtention d'impulsions à un débit supérieur à 2 GHz.
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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA MODELISATION, LA CONCEPTION ET A LA CARACTERISATION DE LASERS A CAVITE VERTICALE ET A EMISSION DE SURFACE (VCSEL) SUR GAAS. UN CHAPITRE DE PRESENTATION INTRODUIT LES PRINCIPES DE BASE DES DIODES LASER ET DES VCSEL EN PARTICULIER. UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE PERMET DE METTRE EN EVIDENCE LES SPECIFICITES DE CES DERNIERS EN LES COMPARANT AUX DIODES LASER CONVENTIONNELLES. NOUS PRESENTONS ALORS LES APPLICATIONS POSSIBLES DU COMPOSANT. LE CHAPITRE DEUX EST CONSACRE A LA MODELISATION DU DISPOSITIF. LE GAIN D'UN PUITS QUANTIQUE EST D'ABORD ETUDIE, PUIS L'INJECTION DES PORTEURS DANS LA ZONE ACTIVE. LES CARACTERISTIQUES OPTIQUES DE LA STRUCTURE MULTICOUCHE SONT ALORS DETERMINEES PAR UNE METHODE MATRICIELLE. EN INTRODUISANT ENSUITE LES EFFETS THERMIQUES, NOUS EN DEDUISONS UNE MODELISATION QUALITATIVE DU FONCTIONNEMENT DES VCSEL. LE CHAPITRE TROIS PRESENTE LA BOUCLE DE REALISATION DU COMPOSANT. LE PROCEDE DE FABRICATION EST D'ABORD DETAILLE : EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES PUIS ETAPES DES PROCEDES TECHNOLOGIQUES. LE BANC DE CARACTERISATION MIS AU POINT LORS DE CE TRAVAIL EST ALORS DECRIT. UNE ETUDE DES PROPRIETES ELECTRIQUES DES MIROIRS MET EN EVIDENCE LA NECESSITE D'INTRODUIRE UNE GRADUALITE DE COMPOSITION. NOUS DECRIVONS ET ANALYSONS ENSUITE LA CARACTERISATION DES COMPOSANTS REALISES DANS LE LABORATOIRE DES PREMIERES TENTATIVES JUSQU'AUX VCSEL FONCTIONNANT EN CONTINU. L'ANALYSE DE DISPOSITIFS PROVENANT D'AUTRES LABORATOIRES PERMET ENFIN DE SITUER LES RESULTATS OBTENUS. LE DERNIER CHAPITRE EST CONSACRE A UNE METHODE ORIGINALE D'ANALYSE DES VCSEL FONDEE SUR LEURS PROPRIETES DE PHOTODETECTION. LES PRINCIPES DE BASE DE GENERATION DU PHOTOCOURANT SONT D'ABORD PRESENTES. LE FORMALISME D'ABELES PERMET ALORS DE DECRIRE LES PROPRIETES SPECTRALES DU COMPOSANT. NOUS MONTRONS QUE CETTE ANALYSE PERMET D'OBTENIR CERTAINES INFORMATIONS SUR LES STRUCTURES. ENFIN, LA SPECTROSCOPIE PAR DIFFERENCE DE PHOTOCOURANT EST INTRODUITE ET PERMET UNE ANALYSE APPROFONDIE DU COUPLAGE PUITS QUANTIQUES/CAVITE PEROT-FABRY.
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Ce mémoire de thèse porte sur la conception et la réalisation de lasers à fibre de puissance fonctionnant autour de la longueur d'onde de 1 μm. Nous présentons tout d'abord les méthodes de fabrication et de caractérisation des fibres à double gaine, éléments essentiels du laser de puissance. Un modèle analytique est ensuite développé pour rendre compte des effets des différentes interactions rayonnement-matière dans les fibres amplificatrices à double gaine. Ce modèle est basé sur la conservation du flux de photons. Il permet, grâce à l'adjonction d'un terme de source transverse, de rendre compte de l'évolution des principales caractéristiques des fibres amplificatrices à double gaine (ESA, puissance de pompe, inversion de population...). Il est utilisé pour optimiser les paramètres des lasers envisagés et pour évaluer leurs performances potentielles. En particulier, l'inadaptation des fibres à double gaine pour l'amplification à 3 niveaux d'énergie est mise en évidence.Dans la partie consacrée aux expérimentation, nous décrivons d'abord un système original d'injection transverse de l'onde de pompe dans la gaine multimode de la fibre qui a permis d'atteindre des rendements de 80% tout en respectant les normes de qualification en vigueur. Nous étudions ensuite plusieurs solutions pour réaliser un laser à cavité photoinscrite, dopé ytterbium, fonctionnant en système à 3 niveaux pour émettre à 980 nm. Cependant, la concrétisation de ces projets se heurte à des limitations technologiques que nous identifions. Enfin, des lasers de puissance fonctionnant en système à quatre niveaux d'énergie et émettant plusieurs watts optiques sont fabriqués. Ces lasers sont utilisés comme source optique pour pomper des cavités Raman émettant dans la bande [1460 nm - 1480 nm]. La génération de raies Stokes (jusqu'au cinquième ordre) est assurée par plusieurs mètres de fibre optique à matrice germanosilicate.
Author: Christophe Levallois
Author: Christophe Levallois
Author: Guilhem Almuneau
Author: Frederic Genty
Author: JULIEN.. BOUCART![Éléments de Conception Pour Des Lasers À Cavité Verticale Émettant À 1,3 [micro]m PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/Z8gQzwEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Paul Salet
Author: Jean-Pierre Marie
Author: Clémentine Symonds
Author: Laurent Georjon
Author: Brice Kerrinckx
Author: Alain MAUMY