Il a été montré que le SOA joue un rôle essentiel dans notre laser. An de rendre
plus réaliste les résultats de simulation de blocage de modes et de pouvoir trouver des
similitudes avec les résultats expérimentaux en termes de dimensions énergétiques, nous
allons dans un premier temps ajuster les caractéristiques statiques du SOA modélisé avec
celles du SOA expérimental.
En eet, lors du fonctionnement du laser en régime stationnaire, le gain fourni par
le SOA avoisine les pertes intra-cavité. Dans notre modèle expérimental comme dans
notre modèle numérique, la perte totale de la cavité laser ne dépasse pas les 7dB,
ce qui signie qu'en régime stationnaire le gain net apporté par le SOA doit osciller
autour de cette valeur. Étant donné que le gain petit-signal de notre SOA est de30dB,
le fonctionnement de notre laser en régime stationnaire se situe dans la zone de forte
saturation de la courbe caractérisant le gain du SOA en fonction de la puissance entrante,
illustré dans la Fig. 3.15.
C'est la raison pour laquelle nous devons dans un premier temps faire correspondre
les caractéristiques statiques du gain du SOA modélisé et de notre SOA expérimental.
Fig. 3.15 Illustration de la modulation du gain du SOA autour des pertes intra-cavité, par
un signal externe.
3.4.1 Présentation du SOA conçu par CIP
Le SOA utilisé dans nos expériences est un SOA commercialisé par CIP
(www.ciphotonics.com). Il s'agit d'un composant à multi-puits quantiques intégré dans
un boîtier "buttery" de la gamme SOA-NL-OEC-1550. Cette gamme de SOA propose
des composants de longueur de zone activeL= 1500µmpour un facteur de connement
Γ = 16 %. Lorsqu'il est alimenté par un courant de 290mA, son pic de gain situé à
1555nm vaut 28dB, pour une puissance sortante de saturation à −3dB de 9dBm
(Fig. 3.17).
En plus de son fort gain, ce SOA bénécie d'une dynamique rapide des porteurs.
Le composant a été testé par le constructeur à 20
◦C à deux valeurs du courant de
polarisation (200mAet300mA) dans un montage pompe-sonde à1550nm. La mesure
a révélé une durée de régénération du gain à1/ede19pspour un courant de polarisation
de200mAet de13psà300mA. Cette régénération rapide des porteurs devrait garantir
un fonctionnement à des taux de répétition avoisinant la centaine deGHz [128], [129].
3.4.2 Acquisition des données d'amplication en régime statique
Dans un premier temps, nous présenterons le banc de mesures mis en place pour
récupérer les caractéristiques statiques du gain du SOA. Par la suite, nous allons ajuster
les paramètres de notre modèle an de pouvoir retrouver le même comportement en
régime statique.
La Fig. 3.16 présente le schéma bloc de la chaîne de mesures. Une source laser
continue accordable en longueur d'onde est générée par un laser DFB. La puissance
de ce signal sera, par le biais du coupleur 50 : 50, mesurée par le radiomètre (PM) et
injectée simultanément dans le SOA. Le signal de sortie auquel se superpose l'ESA est
envoyé dans un analyseur de spectre optique (OSA) an de calculer le gain.
Fig. 3.16 Schéma bloc du dispositif expérimental dédié à la mesure du gain du SOA en régime
statique. La puissance optique incidente est générée par un laser DFB ajustable en longueur
d'onde, la puissance est ajustée par l'atténuateur optique. Avant d'atteindre l'entrée du SOA, le
signal optique traverse successivement un contrôleur de polarisation (CP), un coupleur50 : 50et
un isolateur optique. Le coupleur50 : 50permet une mesure de la puissance moyenne incidente
dans le SOA via le radiomètre (PM). L'OSA permet de mesurer l'amplication du signal incident
auquel s'est superposée l'ESA.
Ce montage facile à réaliser nous permet de relever le gain d'un signal optique en
fonction de sa longueur d'onde ou de sa puissance en ajustant l'atténuateur de manière
adéquate.
L'utilisation d'un CP permet d'observer la sensibilité du SOA à la polarisation. Nous
avons mesuré que notre SOA présente une sensibilité à la polarisation autour de 1dB
entre les modes TE et TM. Les bres utilisées pour inter-connecter les composants sont
des bres standard SMF, il est donc nécessaire d'eectuer les mesures dans un milieu
libre de toute vibration mécanique. Le SOA est un composant sensible à la température,
une thermorégulation permanente du composant est eectuée, il est cependant
néces-saire d'eectuer les mesures dans une atmosphère régulée en température. L'ensemble
des mesures, réalisées au laboratoire EIE de l'Université Polytechnique de Hong-Kong,
ont été eectuées dans les conditions spéciées ci-dessus, sur des tables de manipulation
montées sur vérins pneumatiques.
La mesure de l'amplication est eectuée à l'aide du radiomètre et de l'OSA. Le
radiomètre nous permet de mesurer la puissance injectéeP
in
avec une grande précision.
Même si le radiomètre intègre la puissance incidente mesurée sur une très large bande
spectrale, la mesure demeure très able en raison du connement élevé de l'énergie
optique dans la raie laser générée par le laser DFB (Fig. 3.17(a)).
La mesure de la puissance en sortie du SOA nécessite l'usage de l'OSA. En eet,
au signal optique amplié par le SOA s'ajoute l'ESA. L'OSA est l'instrument adéquat
pour calculer la puissance optique en sortieP
out, son utilisation nous permet de discerner
l'ESA du signal (Fig. 3.17(b)).
Ainsi, le gain statiqueG
dB
du SOA est calculé suivant la relation donnée par
l'équa-tion (3.9), dans laquelle nous avons soustrait la puissance de l'ESA (P
esa) présente à
la longueur d'onde du signal (P
out). Dans l'équation (3.9), les puissances sont exprimés
en mW. Notons que durant toute la mesure aucune bre ne doit être déplacée voire
déconnectée. De plus, chaque composant a été caractérisé individuellement de manière
à connaître ses pertes d'insertion.
G
dB = 10logP
out−P
esa
P
in
(3.9)
(a) Spectre du laser DFB continu utilisé dans notre
expérience. (b) Schéma illustrant le prol spectral d'un laserDFB amplié par un SOA.
Fig. 3.17 Prol spectral de notre laser DFB continu et illustration de la méthode de mesure
du gain du SOA.
3.4.3 Corrélation du modèle aux données expérimentales
Le modèle de notre SOA, présenté dans le chapitre 2, ne traite pas la dépendance
spectrale du gain. Cependant, nous pouvons ajuster le comportement statique du SOA,
en jouant sur le gain netg
net et l'énergie de saturationE
sat du SOA, et en considérant
que l'on travaille autour d'une longueur d'onde où la courbure du gain est insigniante.
En ajustant ces paramètres, nous pouvons obtenir à notre guise l'allure des courbes
statiques du gain du SOA, Gain=f(P
out
) etGain=f(P
in
), et faire en sorte qu'elles
se superposent exactement aux données mesurées expérimentalement.
Jusqu'à présent nous avons considéré, comme l'indique l'équation (2.23), que g
dé-signe le gain netg
net
du SOA (3.10), nous délivrant de la nécessité de préciser le facteur
de connementΓ, le gain matériaug
m
et les pertes internesα
int
du SOA, sachant que :
g
net
= Γg
m
−α
int
(3.10)
Notons que la prise en compte, dans l'équation (2.23), du gain matériau et des pertes
internes au modèle numérique n'ajoutera aucune modication quant au protocole de
calcul de l'algorithme numérique du SOA présenté au chapitre 2. L'équation de
propa-gation (2.23) sera légèrement modiée pour donner :
±∂A
±
(z, t)
∂z +
1
v
g
∂A
±(z, t)
∂t =
1
2[g(1−jα
H)−α
int]A
±
(z, t) (3.11)
Dorénavant g représentera le produit Γg
m. Le gain net du SOA sera représenté par
g−α
int.
Fig. 3.18 Gain en fonction de la puissance optique incidente. Les données expérimentales ont
été relevées à la longueur d'onde1550nmpour un courant d'alimentation de200mA.
En ajustant le gain matériau petit-signalg
m,0
(g
0
= Γg
m,0
), les pertes internesα
int
et l'énergie de saturation E
sat
du SOA, nous sommes parvenus à corréler les résultats
de simulation et expérimentaux comme l'indiquent les gures Fig. 3.18 et Fig. 3.19. Le
Tab. 3.1 fourni l'ensemble des paramètres du SOA que nous conserverons par la suite
dans la modélisation du laser à blocage de modes.
Fig. 3.19 Gain en fonction de la puissance optique sortante. Les données expérimentales ont
été relevées à la longueur d'onde1550nmpour un courant d'alimentation de200mA.
Paramètre Symbole Valeur
Longueur du SOA L 1500µm
Gain matériau petit-signal g
m,0
13,3cm
−1
Pertes internes α
int 8,86cm
−1
Facteur de Henry α
H 6
Énergie de saturation E
sat
0,5pJ
Durée de vie des porteurs τ
c 16ps
3.5 Résultats de la modélisation du laser à blocage de modes
