Dépendance en polarisation

Dans la section précédente, nous avons tracé la cartographie de verrouillage pour une plage spectrale recouvrant 4 paires de modes TE et TM d'un laser Fabry-Perot injecté par un signal comprenant une polarisation à la fois TE et TM. Les résultats ont montré que les deux types de mode TE et TM du laser peuvent être verrouillés par cette injection. Dans ce paragraphe, nous allons caractériser plus précisément en séparant les deux peignes de polari- sation (TE et TM) et en injectant le signal uniquement sur l'axe de la polarisation étudiée. Nous avons étudié deux types de laser Fabry-Perot dans le cadre du projet ANTARES. Le premier appelé le Run1 (la première génération) est un laser Fabry-Perot conventionnel pour lequel les deux peignes TE et TM se trouvent sur la même plage spectrale mais non superposés. C'est le laser Fabry-Perot que nous avons présenté au paragraphe 3.1.3.2. Le deuxième type appelé le Run2 (deuxième génération) est un laser Fabry-Perot spécialement conçu par Alcatel-Thales III-V Lab an que les deux peignes de modes TE et TM soient superposés. Le but de cette superposition est d'obtenir l'insensibilité à la polarisation du signal injecté, ce que nous allons présenter par une étude statique dans ce paragraphe. a. Laser Fabry-Perot Run1

Le spectre optique du laser polarisé à 40 mA est présenté sur une plage spectrale de 10 nm, gure 2.15. En séparant les deux peignes TE et TM, nous trouvons que le peigne TE est plus fortement excité par rapport au peigne TM. L'écart en puissance est de plus de 10 dB.

Nous eectuons séparément l'injection optique sur chacun des peignes : le signal mono- fréquentiel polarisé en TE est injecté sur le peigne TE et similairement pour la polarisation TM. Les exemples de spectre optique en régime de verrouillage sont donnés dans la gure 2.16. Les cartographies de verrouillage pour un mode TE et un mode TM adjacent sont montrées gure 2.17.

L'allure de la zone de verrouillage reste toujours de la même forme. Nous remarquons que le mode TE est légèrement plus sensible au verrouillage que le mode TM. Le verrouillage est obtenu à partir d'une puissance injectée de -16 dBm pour le mode TE et de -12 dBm pour le mode TM alors que la diérence de gain entre ces deux modes est supérieur à 10 dB. La largeur spectrale de verrouillage recouvre l'ISL pour une puissance injectée de -6 dBm pour le mode TE et de -2 dBm pour le mode TM.

Figure 2.15  Spectre optique du laser Fabry-Perot Run1 polarisé à 40 mA en recombinant (a) et en séparant (b) les deux peignes de mode TE et TM

Figure 2.16  Exemples de spectre optique du laser Fabry-Perot Run1 à 40 mA verrouillé : le peigne TE injecté par un signal polarisé en TE (a) et le peigne TM injecté par un signal polarisé en TM (b)

injectée, nous observons qu'elles sont décalées l'une de l'autre. Cela vient du fait que les deux modes TE et TM ne sont pas superposés. Un signal injecté polarisé en TM peut verrouiller seulement le mode TM, mais pas le mode TE même si la longueur d'onde injectée est proche de celle du mode TE, et inversement. Il y a donc des lieux (Pinj; λinj) pour lesquels le laser

est verrouillé sur le mode TE pour une injection selon TE sans l'être sur le mode TM pour une injection selon TM et inversement. Par conséquent, la variation de l'état de polarisa- tion du signal injecté pour ces valeurs des paramètres d'injection peut provoquer une forte variation de l'état du laser injecté (verrouillé ou déverrouillé). Le verrouillage par injection du laser est alors très sensible à la polarisation. C'est là un inconvénient majeur de l'utili-

Figure 2.17  Cartographies de verrouillage du laser Fabry-Perot Run1 à 40 mA : pour un mode TE (a), pour un mode TM (b) et pour les deux modes (c)

sation du laser Fabry-Perot verrouillé par injection cohérente dans le réseau d'accès optique. b. Laser Fabry-Perot Run2

An de réduire la dépendance en polarisation, le laser Fabry-Perot Run2 est spécialement conçu an que les deux peignes de mode TE et TM soient superposés [21]. La zone de verrouillage des deux peignes de mode TE et TM est alors identique sous injection optique TE ou TM. Grâce à cette superposition, le verrouillage du laser est toujours maintenu même si l'état de polarisation du signal injecté varie car le laser peut être verrouillé à la fois en TE et TM sur la même zone. Le verrouillage par injection devient insensible à la polarisation.

Figure 2.18  Image de la puce laser Fabry-Perot Run2 (a) et sa caractéristique puissance- courant (b)

L'image de la puce laser Fabry-Perot Run2 et sa caractéristique puissance-courant sont présentées gure 2.18. La structure du laser est composée de deux sections : une section à gain et une section passive. La section à gain est fabriquée à base de matériau massif dont

le gain est insensible à la polarisation. Ce type de structure a été utilisé pour la fabrication de SOA insensible à la polarisation ; les gains eectifs sont égalisés pour les deux modes de propagation TE et TM. La section passive sert, quant à elle, à compenser la biréfringence entre les modes TE et TM, c'est-à-dire à superposer fréquenciellement les deux peignes TE et TM. La longueur totale de la puce laser est d'environ 440 µm avec une section passive de longueur 100 µm. Une couche antireet de 1 % est déposée sur la face d'entrée de la section à gain an d'augmenter la sensibilité au verrouillage par injection du laser. Le principe de fonctionnement ainsi que la technologie de fabrication ont été expliqués dans [22]. Tel que cela peut être observé sur la courbe P(I) du laser après couplage, gure 2.18 (b), le seuil de ce laser est approximativement 40 mA. Ce courant de seuil important est dû à la réduction de la réectivité sur la section à gain du laser.

La gure 2.19 donne quelques exemples de spectre optique du laser Fabry-Perot Run2 dans les deux cas où la section passive n'est pas polarisée (a, c) ou est polarisé à 50 mA (b, d). La section à gain est polarisée à 60 mA. Nous voyons donc que les deux peignes TE et TM sont bien superposés dans la plage 1545 nm - 1565 nm quand la section passive est polarisée. Néanmoins, les gains ne sont pas parfaitement égalisés entre les modes TE et TM. Cette diérence d'égalisation varie de 5 à 2 dB dans la plage spectrale de 1545 nm à 1565 nm. L'indépendance de polarisation n'est donc pas parfaitement atteinte. Elle est seulement obtenue pour une puissance injectée susamment forte. Un exemple de spectre optique en régime de verrouillage du laser est aussi présenté dans la gure 2.20 pour les deux peignes de mode TE et TM.

Grâce à la superposition de deux peignes de mode TE et TM, les zones de verrouillage (SMSR ≥ 30 dB) pour les deux états de polarisation sont maintenant superposées. Les cartographies pour une injection TE et TM autour de 1555 nm sont présentés dans la gure 2.21 (a). Les points (couple de paramètres puissance injectée - longueur d'onde injectée) représentent la frontière de la zone de verrouillage pour laquelle le SMSR obtenu est de 30 dB. Il y a encore un faible décalage entre les deux polarisations : le décalage en puissance (4 dB) est dû à la diérence de gain entre les polarisations TE et TM du laser à 1555 nm alors que le décalage en longueur d'onde (0,04 nm) est dû au désaccord entre les modes TE et TM du laser à cette longueur d'onde (ils ne sont pas parfaitement superposés). On trouve gure 2.21 (b) un exemple de spectre optique du laser en régime de verrouillage pour une injection ayant un état de polarisation quelconque. La section à gain est polarisée à 60 mA alors que la section passive est polarisée à 50 mA. Tous les modes TE et TM non injectés sont bien atténués.