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Integration of Two-Dimensional Photonic Crystal Lasers in InP Substrate for Planar Diode Laser Array

This study explores the integration of laser diodes in planar structures utilizing 2D photonic crystal cavities on InP substrate. Different laser configurations are analyzed as potential techniques for achieving efficient laser emission. The research covers the theoretical and experimental aspects of developing laser sources compatible with electric pumping. The study aims to demonstrate the DFB laser effect and validate the determination of K through coupled modes, highlighting novel laser source configurations with multifunctional planar integration.

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Integration of Two-Dimensional Photonic Crystal Lasers in InP Substrate for Planar Diode Laser Array

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Presentation Transcript

  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

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