Bruit d'intensité du laser Fabry-Perot optiquement injecté :

Une des caractéristiques les plus importantes de l'injection optique est le transfert de bruit. C'est-à-dire que le bruit d'intensité du laser maître est transféré au laser esclave lors de l'injection optique. Par conséquent, le bruit d'intensité du laser Fabry-Perot sera réduit s'il est injecté par une source à faible bruit et inversement.

Le transfert de bruit en injection optique a été étudié notamment pour des lasers mono- mode, par exemple dans [43]. Au sein du laboratoire FOTON-ENSSAT/GPL, J. Poette a aussi étudié dans le cadre de sa thèse le bruit d'intensité d'un laser monomode optiquement injecté [39, 44]. Il a été démontré théoriquement et expérimentalement que le transfert de bruit dépend fortement des paramètres d'injection, surtout de la puissance optique injectée. Il a été démontré également que la fréquence de résonance du laser injecté est modiée en injection. Pour l'injection optique d'un laser multimode, des premières études ont été réali- sées sur le laser Fabry-Perot à multi-puits quantiques. La modication du bruit d'intensité et de la fréquence de résonance a été montrée [45].

Dans le cadre de nos études, les lasers Fabry-Perot sont fabriqués à base de matériau massif de type InGaAsP. En plus, ces lasers doivent être polarisés à un faible courant an que le régime de verrouillage soit ecace ; leur bruit d'intensité est alors considérable. Il est donc avantageux d'améliorer ce bruit d'intensité en utilisant une source d'injection de faible bruit. Dans le cas contraire, la qualité en terme de bruit du laser Fabry-Perot est dégradée (devient plus bruité) s'il est injecté par une source à fort bruit. C'est le cas des systèmes WDM-PON employant des lasers Fabry-Perot injectés par une source ASE découpée ou ltrée spectralement (Spectrum-Slicing), comme cela a été déjà mentionné dans le premier chapitre. Cette technique possède deux grands avantages grâce à sa simplicité et son bas- coût, mais l'inconvénient qui limite la performance du système à 1,25 Gb/s est le transfert de bruit de la source ASE. La dégradation en termes de bruit d'intensité d'un laser Fabry-Perot injectée par une source ASE découpée spectralement a également étudié dans [46, 47, 48].

Dans les prochains paragraphes, nous allons présenter expérimentalement ce transfert de bruit dans notre laser Fabry-Perot pour deux types de source d'injection : une source co- hérente à faible bruit et une source à fort bruit à base d'une source ASE ltrée spectralement. a. Injection par une source à faible bruit

La source utilisée pour l'injection optique est un laser accordable à cavité externe (ECL pour External Cavity Laser) de marque Agilent disponible au laboratoire. Cette source accordable possède un très faible niveau de bruit d'intensité. Comme cela est illustré dans la gure 2.33 (a), son bruit d'intensité (la courbe rouge) est inférieur à -150 dBc/Hz.

Les résultats de mesure de bruit d'intensité en injection pour deux lasers Fabry-Perot livrés dans le cadre du projet ANTARES (Run1 et Run2) sont donnés dans la gure 2.33. A un faible courant de polarisation (50 mA), ces lasers ont un niveau de bruit d'intensité de -120 dBc/Hz à -130 dBc/Hz et une fréquence de relaxation variant de 2 GHz à 4 GHz. Grâce au transfert de bruit, son bruit d'intensité est fortement amélioré quand ils sont injectés par la source accordable de faible bruit. Une réduction de bruit jusqu'à 15 dB (voire plus) est observée. Cette réduction devient plus importante pour une puissance optique injectée plus élevée. La réduction de bruit grâce à l'injection est expliquée dans [45] par le fait que le signal injecté réduit le gain de cavité du laser ainsi que la densité de porteurs. Donc, le taux d'émission spontanée est aussi réduit. A partir des spectres de bruit, nous trouvons également que l'injection cohérente fait augmenter la fréquence de relaxation à certaines conditions d'injection, souvent aux faibles puissances optiques injectées. Nous allons discuter de cet accroissement de fréquence de relaxation dans la prochaine section.

Figure 2.33  Bruit d'intensité d'un laser Fabry-Perot injecté par une source à faible bruit (laser accordable) : résultats obtenus avec le laser Run1 (a) et avec le laser Run2 (b) [38]

An de conrmer les résultats de mesure de bruit, nous montrons gure 2.34 les dia- grammes de l'oeil à 2,5 Gb/s du laser Fabry-Perot Run2 pour deux cas : sans injection et avec verrouillage par injection à -6 dBm. Nous observons que les uctuations dues au bruit

d'intensité sont fortement réduites dans le cas d'une injection optique avec la source accor- dable grâce au transfert de bruit. Ainsi, les oscillations de relaxation de l'ordre de 4 GHz visible dans le cas sans injection ont disparu dans le cas avec injection. Cette disparition est expliquée par la modication du pic de relaxation par l'injection.

Figure 2.34  Diagrammes de l'oeil à 2,5 Gb/s d'un laser Fabry-Perot sans injection (a) et d'un laser Fabry-Perot verrouillé par injection à -6 dBm avec une source cohérente à faible bruit (b)

b. Injection avec une source à fort bruit

La source à fort bruit utilisée est celle d'une source ASE découpée ou ltrée spectrale- ment. Le ltrage spectral est réalisé grâce au multiplexeur/démultiplexeur à base d'un AWG (Array Waveguide Grating) existant dans l'architecture WDM-PON. La bande-passante à 3 dB de chaque canal varie de 0,2 nm à 0,6 nm. Dans notre expérience, nous utilisons un AWG accordable ayant une bande-passante à 3 dB de chaque canal variant de 0,2 nm à 0,4 nm. La gure 2.35 montre des exemples de spectre optique du laser Fabry-Perot optiquement injecté par une source ASE ltrée. La largeur à 3 dB du signal injecté est de 0,2 nm et de 0,4 nm respectivement. La puissance injectée est xée à -10 dBm. Nous observons toujours le même phénomène comme dans le cas d'injection avec une source fortement cohérente : le laser est verrouillé à la longueur d'onde injectée et les modes non-injectés sont fortement atténués. Le laser Fabry-Perot présente un fonctionnement monomode. De plus, pour une grande largeur spectrale du signal injecté (0,4 nm dans ce cas), le verrouillage est obtenu sur 2 modes.

La caractéristique en termes de bruit d'intensité est donnée dans la gure 2.36 (a). Le laser Fabry-Perot Run1 polarisé à 60 mA (∼ 2 fois de son seuil) est injecté par une source ASE ltrée ayant une largeur spectrale à 3 dB de 0,2 nm. Nous voyons que le signal injecté (la source ASE ltrée) a un plancher de bruit à un niveau important, autour de -106 dBc/Hz. Le laser Fabry-Perot possède un plancher de bruit autour de -135 dBc/Hz. Du fait du transfert de bruit, le plancher de bruit du laser Fabry-Perot injecté est augmenté à -120 dBc/Hz. Une augmentation du bruit du laser injecté aux hautes fréquences est probablement due aux oscillations de relaxation. Mais le pic de relaxation n'est pas très net, ce qui est

Figure 2.35  Exemples de spectre optique d'un laser Fabry-Perot injecté par une source ASE tranchée spectralement : sur 30 nm (a) et sur 10 nm (b)

certainement lié à la faible cohérence du signal injecté.

Nous examinons ensuite le transfert de bruit pour diérentes puissances optiques injec- tées. Les résultats de mesure sont présentés dans la gure 2.36 (b). Contrairement au cas de l'injection par une source à faible bruit, nous trouvons que le plancher de bruit du laser Fabry-Perot injecté augmente avec la puissance injectée. Ceci est tout à fait raisonnable car le transfert de bruit est proportionnel à la puissance injectée. Comme la source injectée possède un bruit très important, le laser Fabry-Perot injecté devient plus bruité à forte puissance d'injection. Une augmentation du plancher de bruit de -120 dBc/Hz pour une puissance injectée de -10 dBm à -112 dBc/Hz pour +5 dBm.

Figure 2.36  Bruit d'intensité du laser Fabry-Perot Run1 injecté par une source à bruit important (source ASE tranchée spectralement) : augmentation du bruit (a) et dépendance à la puissance optique injectée (b)

An de conrmer ces résultats de mesure de bruit, nous présentons gure 2.37 une illustration du diagramme de l'oeil à 1,25 Gb/s du laser Fabry-Perot optiquement injecté par une source ASE ltrée spectralement. Il est donc visible que les uctuations dues au bruit d'intensité sont très fortes comparées à celles d'un laser Fabry-Perot non injecté. A cause de ce bruit, il est très dicile de monter le débit au-delà de 1,25 Gb/s pour les systèmes WDM-PON en utilisant une source ASE découpée.

Figure 2.37  Exemple de diagramme de l'oeil à 1,25 Gb/s d'un laser Fabry-Perot injecté par une source à bruit important (source ASE découpée ou ltrée spectralement) (d'après K. Lee et al. [49])