1.55 µm mode-locked vertical external cavity semiconductor laser for all-optical linear sampling applications - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2009

1.55 µm mode-locked vertical external cavity semiconductor laser for all-optical linear sampling applications

Source d'impulsions brèves à 1,55µm en laser à cavité verticale externe pour application à l'échantillonnage optique linéaire

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Abstract

This thesis focuses on the development, fabrication and use of optically pumped vertical external cavity surface emitting lasers (VECSEL), to achieve short pulse sources at high repetition rate emitting at 1550nm. These sources are opening the door to interesting applications in optical communications to achieve very high repetition rate transmitters, or high speed linear optical sampling The objectives of this thesis were, in a first step, to develop and implement VECSEL structures containing an active zone formed by GaAlInAs/InP quantum wells located at the anti-nodes of the resonant electric field, positioned on a Bragg mirror, all this being bonded to a substrate of good thermal conductivity. For this, we have designed structures optimizing the evacuation of heat generated in the active zone. This has greatly improved the VECSEL performances, especially their output power. The VECSEL performances were evaluated in a simple cavity with two mirrors (plane-concave). The second point was to develop and implement SESAM structures which, owing to their nonlinear characteristics, would allow a passively mode-locked laser operation. The structures contained InGaAsN/GaAs quantum wells. The studied parameters were the number of quantum wells, and the resonant or anti-resonant behavior of the structure. The linear and nonlinear optical characterizations were used to optimize the SESAM structure and estimate their performances. Finally, the compatibility between the VECSEL and SESAM structures, in terms of modulation depth and resonance wavelength, made it possible to obtain the passive mode locking operation. The obtained pulses show two different behaviors depending on the dispersion properties of the structures. With low dispersion, we have made the first demonstration of a passively mode-locked VECSEL at 1550nm, operating at room temperature. An all-optical sampling device implementing the linear optical sampling technique using short laser pulses has been realized and tested. This device will allow displaying eye diagrams and constellation diagrams with an expected sensitivity around -20dBm of average power. Testing the device allowed to visualize the acquisition of very high repetition rate signals (40 Gb/s).
Cette thèse porte sur l'élaboration et l'utilisation de structures semi-conductrices à émission laser par la surface en cavité externe (VECSEL) en pompage optique pour la réalisation de sources d'impulsions brèves à haut taux de répétition émettant à 1550nm. Ces sources ouvrent la voie à des applications intéressantes dans les télécommunications optiques pour réaliser des émetteurs à très haut débit ou pour l'échantillonnage optique linéaire ultra-rapide. Les objectifs de ce travail de thèse étaient, dans un premier temps, de développer et réaliser des structures VECSEL, qui contiennent une zone active formée par des puits quantiques GaAlInAs/InP localisés aux maxima du champ électrique résonant, positionnée sur un miroir de Bragg, le tout étant reporté par brasure sur un substrat de bonne conductivité thermique. Pour cela, nous avons conçu des structures permettant d'accélérer l'évacuation de la chaleur accumulée dans la zone active, ce qui a permis d'améliorer les performances du VECSEL, notamment la puissance de sortie. Les performances des VECSEL ont été évaluées dans une cavité simple à deux miroirs (plan-concave). Le second point était de développer et réaliser des structures SESAMs, qui permettent, par leur comportement non linéaire, d'obtenir un fonctionnement en verrouillage de modes passif. Les structures, contenant des puits quantiques InGaAsN/GaAs, ont pour paramètres : le nombre de puits quantique, la résonance de la structure. Les caractérisations optiques en régime linéaire et non linéaire ont permis d'optimiser les structures SESAM et d'estimer leurs performances. Enfin, la compatibilité entre les structures de VECSEL et de SESAM en terme de profondeur de modulation et de longueur d'onde de résonance, a permis d'obtenir un verrouillage de mode passif dans une cavité à quatre miroirs. Les impulsions obtenues présentent deux comportements différents suivant les propriétés de dispersion des structures. La réalisation d'une faible dispersion a permis d'obtenir la première démonstration d'un VECSEL en verrouillage de modes passif fonctionnant à 1550 nm et à température ambiante. Un dispositif d'échantillonnage tout optique mettant en oeuvre l'échantillonnage optique linéaire basé sur l'utilisation d'une source d'impulsions brèves, a été réalisé et testé. Ce dispositif permettra d'obtenir des diagrammes de l'oeil et diagrammes de constellation avec une sensibilité attendue de l'ordre de -20dBm de puissance moyenne, sur des signaux porteurs de données à 10Gbit/s, voire 40 Gb/s. Les tests effectués ont permis de visualiser l'acquisition à très haut débit (40Gb/s).
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Dates and versions

tel-00467637 , version 1 (27-03-2010)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00467637 , version 1

Cite

Aghiad Khadour. Source d'impulsions brèves à 1,55µm en laser à cavité verticale externe pour application à l'échantillonnage optique linéaire. Sciences de l'ingénieur [physics]. Ecole Polytechnique X, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00467637⟩
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