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

1. LPN 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 1LAAS-CNRS, 7 Avenue du colonel Roche, 31077 Toulouse Cedex 04, France 2IEF, UMR 8622 CNRS, Université Paris Sud, 91405 Orsay cedex, France 3LPN-CNRS, Route de Nozay, 91460 Marcoussis cedex, France 4OPTO+, Alcatel Research and Innovation, Route de Nozay, 91460 Marcoussis cedex, France Avec le soutien du projet RNRT « CRISTEL »

2. Intégration planaire Source:Exploiter les propriétés des cristaux photoniques pour réaliser une intégration planaire de diodes laser. Choix de l'approche « substrat »: compatibilité avec l'injection électrique Contexte de l’étude Adaptateur CRISTEL: Réalisation d’un système intégrant 1 barrette de 8 lasers aux spécifications DWDM, 1 combineur et 1 adaptateur de mode tout cristal photonique (CP) Émission Barette de lasers Combineur

3. Miroir à CP 3.2 mm 240nm Face clivée 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 • Confinement vertical assuré par l’hétérojonction InP Zone active @ 1.55µm InGaAsP ~4µm • Confinement latéral assuré par le CP InP

4. Laser YAG @=1.06 µm Impulsion de 15ns@10 kHz Lentille cylindrique Laser à CP Caméra IR Mono- chromateur 40 InGaAs Photodétecteur 6 Puits quantiques @1550nm Diaphragme =100µm InP (100µm) InP (~1 µm) Spot de ~10µm  3mm Collection Dispositif expérimental: pompage optique Facette clivée avec ou sans antireflet

5. a/ =0,317 ( =1577nm) K 3 rangées de trous manquantes Cavité W3 K (1) • Émission monomode centrée dans le gain • Raie laser avec ou sans anti-reflet Pas d’effet de cavité Fabry-Perot • SMSR  40dB Spectre d'émission laser sous pompage optique (période a=500nm)

6. Point de fonctionnement au second repliement du mode fondamental Mode DFB du 2ème ordre Cavité W3 K (2) • Calcul par ondes planes • Fréquence normalisée théorique hors BIP, en A (k=0): a/=0.317 (=1577nm)  Bon accord avec expérience A Diagramme de bandes (TE) guide W3 GK |H|² enA

7. M 3 rangées de trous manquantes Cavité W2-3 M (1)  • 1 mode Fabry-Perot • Coexistence de deux modes avec ou sans antireflet FP=1nm Spectre d'émission laser sous pompage optique (période a=420nm)

8. Cavité W2-3 M (2) a/1  a/2 Diagramme de bandes (TE) guide W2-3 GM

9. Point de fonctionnement au troisième repliement du mode fondamental Modes DFB du 3ème ordre Cavité W2-3 M (2) • Fréquence normalisée théorique dans la BIP, k=/a3: a/1=0.277 (1=1516nm) a/2 =0.275 (2=1527nm)  Bon accord avec expérience a/1 a/2 Diagramme de bandes (TE) guide W2-3 GM |H|² en a/1

10. Détermination expérimentale exp.= 440cm-1 Cavité W2-3 M (3) Analyse par la théorie des modes couplés a/2 =0,275  a/1 =0,277 th.= 400cm-1 FP=1nm (Période a=420nm)  KL  14, soit environ 10 fois plus grand qu’un DFB classique!!

11. Etude de nouvelles configurations de sources laser Compatibilité avec un pompage électrique Voie de l’intégration multifonctionnelle planaire 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