Fig 4 - uploaded by Salvatore Pes
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11 -Schematic overview of the most common VECSEL cavities: two-mirror plane-concave linear cavity (a) general case (eventually in combination with an etalon filter for single-frequency operation) and (b) dual-frequency operation , three-mirror V-shaped cavity for (c) mode-locking or (d) second harmonic generation (SGH), four-mirror (e) Z-shaped cavity (SHG, again) and (f) ring-cavity (mode-locking), (g,h) multi-chip cavity for high-power operation. OC: output coupler mirror, HR: high-reflective mirror, SC: semiconductor chip, E: etalon, BC: birefringent crystal, SESAM: semiconductor saturable absorber mirror, SHG: non-linear crystal for second harmonic generation.
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The work presented in this dissertation focus on the development of InP-based semiconductor vertical-cavity lasers, based on quantum nanostructures and emitting at the telecom wavelengths (1550-1600 nm). A new technological process for the realization of compact VCSELs is described. This process (named TSHEC) has been employed to realize optically-...
Citations
Ce travail de thèse porte sur la réalisation d’un VECSEL pompé électriquement (EP-VECSEL) mono-fréquence fonctionnant en régime classe A faible bruit et l’étude des boites quantiques (BQs) pour la réalisation d’un VESCEL pompé optiquement (OP-VECSEL) bi fréquence. Ces dispositifs émettent à 1.5 µm. En intégrant une zone active pompé électriquement à base de puits quantiques (PQs) dans une cavité courte (1 cm) et de grande finesse, nous avons pu démontrer pour la première fois avec ce type de laser le régime classe A. En régime mono fréquence, la puissance optique maximale obtenue est de 3 mW. Cela nous a permis de mesurer un niveau de bruit d’intensité relatif (RIN) faible de - 160 dB/Hz limité par le bruit de grenaille sur une large bande passante allant de 2 MHz à 20 GHz. La compacité, la faible consommation de puissance et le faible bruit de ce laser présentent un intérêt certain dans des domaines tels que l’optique micro-ondes ou les télécommunications cohérentes. Dans le cadre de cette étude, nous avons également étudié un VECSEL bi-fréquence à base de BQs, afin de réaliser une mesure directe de la constante de couplage de Lamb C. Des premières mesures ont permis de caractériser ce dispositif en régime multimode. Un effet de filtrage des modes longitudinaux a été constaté lié au dissipateur de chaleur de diamant intracavité collé sur la puce. L’oscillation de deux polarisations linaires orthogonales, nécessaires à la mesure de la constante de couplage, a également été obtenue expérimentalement. Ces mesures ont permis d’établir que le gain accessible sur le dispositif à BQs ne permettait pas pour l’instant de compenser toutes les pertes optiques introduites par les éléments intracavité du banc expérimental dédié pour la mesure de la constante de couplage. Cette étude reste à finaliser pour pouvoir conclure sur l'intérêt des BQs pour la réalisation des lasers bifréquences.
Ce travail de thèse porte sur différentes études expérimentales permettant de lier les performances d’un laser bi-fréquence aux propriétés structurales et physiques des boites quantiques (BQs). L’objectif principal est de développer une nouvelle plateforme de lasers de type VECSEL (vertical external cavity surface emitting laser), intégrant des BQs InAs/InP émettant à 1,55 μm, afin de réaliser des lasers bi-fréquences robustes, nécessitant un couplage faible entre les deux modes, et accordables. En premier lieu, une étude sur la croissance des BQs est présentée. Le contrôle des paramètres de croissance assure le contrôle de la densité et ainsi du couplage électronique entre BQs. La maîtrise de l’empilement des plans de BQs en forte densité permet la réalisation de la zone active du VECSEL. Une étude comparative est ensuite menée, permettant de quantifier le couplage photonique par la mesure de l’élargissement homogène et le couplage électronique dans les puits, les bâtonnets et les BQs en fonction de la température et de la densité de porteurs. A cette fin, une technique de spectroscopie de saturation d’absorption, exploitant le phénomène de Spectral Hole Burning (SHB), a été développée. Les résultats obtenus sont liés à la dernière étude, portant sur le couplage entre les deux modes dans le VECSEL bifréquence, par la mesure de la constante de couplagede Lamb. Elle est d’abord mesurée dans un laser à puits quantiques, permettant d’étalonner le montage et d’avoir un point de comparaison. Finalement, les résultats préliminaires obtenus en régime multimode sur des VECSELs à BQs sont présentés, et s’avèrent être très prometteurs pour atteindre l’oscillation bi-fréquence.
