Mode-locked lasers with quantum dashes and dots on InP
Lasers à blocage de modes à base de fils et de boîtes quantiques pour les télécommunications optiques
Résumé
Generation of short and high repetition rate pulses is crucial for modern communication systems. Moreover a low noise level is requested for achieving efficient systems. Semiconductor mode-locked lasers allow the generation of subpicosecond pulses at several hundreds of GHz. The use of a new generation of quantum structures with dashes and dots as active material for these lasers has led to very short and high frequency pulses with very low noise level, even lower than with the usual material, quantum wells. The CNRS laboratory Foton-INSA has long time experience in growing high quality InAs quantum dashes and dots on InP substrate. The goal of this thesis was to experiment these materials to achieve mode-locked lasers. During the work, as a first stage these materials have been characterised through techniques such as photoluminescence and electroluminescence measurements so as to select the most suitable structures. Then the lasers have been fabricated. They consist in two sections, one section for amplification, and the other used as a saturable absorber to allow mode-locking. Quantum dot lasers have exhibited unstable behaviour noted by a strong optical emission peak splitting depending on injection current. The origin of this phenomenon is attributed to quantum dot groups likely characterised by their size difference. Mode-locking has indeed been obtained with quantum dash lasers at 10.6 GHz and 41 GHz. Characterisation of the pulses revealed a great chirp. Indeed a single mode optical fibre, 545 m long, was necessary to compress the pulses and to reach duration as short as one picosecond. The measured noise level in these lasers is 30 times lower than the best results reported on quantum well devices.
La génération d'impulsions courtes et de fréquence de répétition élevée est une fonction essentielle dans les systèmes de communication modernes. De plus, un faible niveau de bruit est requis afin d'avoir des systèmes performants. Les lasers à semiconducteurs à blocage de modes permettent justement d'émettre des impulsions subpicosecondes à des fréquences supérieures à plusieurs centaines de GHz. L'utilisation d'une nouvelle génération de structures à fils ou boîtes quantiques, pour la réalisation des zones actives de ces lasers, a conduit à des impulsions très courtes et de haute fréquence avec de très faibles niveaux de bruits, inférieurs à ceux mesurés sur les structures usuelles à puits quantiques. Le laboratoire CNRS Foton-INSA a une expérience de longue date dans la croissance de fils et de boîtes quantiques de haute qualité en InAs sur substrat d'InP. Le but de cette thèse a été d'expérimenter ces structures pour la réalisation de lasers à blocage de modes. Dans un premier temps ces structures ont été caractérisées par des techniques de mesure de photoluminescence et d'électroluminescence afin de sélectionner les plus adaptées pour la réalisation de lasers monomodes à deux sections, l'une amplificatrice et l'autre à absorption saturable afin d'initier le blocage de modes. Les lasers à boîtes quantiques ont présenté un comportement instable. Il s'agit d'une bifurcation du pic d'émission optique vers deux directions dont l'écart augmente avec le courant d'injection. L'origine de ce phénomène a été attribuée à des groupes de boîtes quantiques caractérisées probablement par leur différence de taille. Le blocage de modes a effectivement été obtenu dans des lasers à fils quantiques à une fréquence de 10,6 GHz et de 41 GHz. La caractérisation des impulsions a révélé une forte dérive en longueur d'onde de celles-ci. En effet, une fibre optique monomode d'environ 545 m a été nécessaire pour compresser ces impulsions et atteindre une durée aussi courte qu'une picoseconde. Le niveau de bruit de ces lasers s'avère être 30 fois plus faible que le niveau le plus bas mesuré sur les composants à puits quantiques.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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