Diodes lasers

Des diodes lasers à contre-réaction répartie (DFB) de trois sociétés ont été testées : JDS Uniphase, NEC et Avanex. Le tableau 3.2 donne quelques valeurs fournies par les construc-teurs. Certaines diodes atteignent 80 mW en sortie pour un courant de 600 mA. Une telle puissance ne sura cependant pas pour générer plusieurs dizaines de mW à 780 nm. Il nous faudra alors utiliser un amplicateur à bre. Dans ces conditions, il n'est plus nécessaire d'utiliser la diode laser à pleine puissance, quelques mW susant pour saturer l'amplica-teur. Nous pourrons alors utiliser des alimentations en courant de plus faible puissance, de niveau de bruit d'intensité également plus faible.

Constructeur JDS Avanex NEC Série 935.808 1905LMI NX8562LB I_max [mA] 600 300 120 P_max [mW ] 80 40 20 SMSRa _[dB] 51,1 50,4 53,6 Largeur de 0,1338 raieb _{[M Hz]} 0,0657

aSMSR (Side Mode Suppresion Ratio en anglais) correspond au taux d'extinction des modes longitudinaux par rapport au mode principal.

bNous possédons deux diodes de ce type, et pour chacune d'elles, une valeur est spéciée. Tableau 3.2 - Données du constructeur des diodes lasers DFB en InGaAsP.

caractérisé. La gure 3.8 représente la puissance lumineuse de sortie en fonction du courant de diode. Les courants de seuil varient entre 20 et 30 mA.

Fig. 3.8 - Puissance émise en fonction du courant traversant les diodes lasers.

La gure 3.9 présente la variation de la longueur d'onde mesurée à l'analyseur de spectre en fonction de la température de la diode ainsi que du courant. On peut d'ores et déjà constater que, après doublage, ces trois sources devraient pouvoir être accordées sur la tran-sition D2 du Rubidium. Une régression linéaire des courbes tracées permet de déduire la loi régissant la longueur d'onde de chaque diode en fonction du courant et de la température. Ces lois sont reportées dans le tableau 3.3.

Fig. 3.9 - Variation de la longueur d'onde en fonction du courant et de la température.

Pour déterminer la largeur de raie des diérentes sources, nous avons ensuite réalisé une expérience de battements optiques avec un laser à bre, dont la largeur est bien inférieure.

Avanex EU λ_[nm] = 1557, 060 + 8, 978.10⁻²T_[◦C]+ 3, 01.10⁻³I_[mA] NEC K 0308 Q λ[nm] = 1557, 655 + 0, 1124.T_[◦C]+ 3, 67.10⁻³I_[mA] JDSU 464-788 λ_[nm] = 1557, 5887 + 9, 065.10⁻²T_[◦C]+ 8, 8.10⁻⁴I_[mA]

Tableau 3.3 - Dépendance en intensité et température des longueurs d'onde des diodes lasers.

La largeur de raie du signal de battement a été calculée comme nous l'avons expliqué dans la partie précédente : en prenant la largeur de raie à −6 dB. Ici, il s'agit d'un signal de battement entre le laser à bre (d'une largeur inférieure à 5 kHz) et une diode laser. La largeur de la raie de battement peut donc être entièrement imputée à la diode laser. Les valeurs sont reportées dans le tableau 3.4.

Laser Largeur de raie Bruit de Largeur due au laser raie [MHz] courant [µA] courant [MHz] Avanex EU 5,3 < 3 < 4, 4 JDSU 464-788 1,1 < 3 < 1, 3 NEC 0308 Q 2,7 < 3 < 5, 4

Tableau 3.4 - Largeur de raie des diérentes diodes lasers mesurées sur 50 ms.

Ces mesures ont été réalisées avec une alimentation Prole LDC8002 de bruit de courant spécié inférieur à 3µA sur une bande de 10 Hz à 10 MHz. En utilisant les coecients du tableau 3.3, on peut déduire l'élargissement de la raie dû au bruit de l'alimentation. On constate que la largeur de raie mesurée peut être attribuée à ce bruit de courant. Toute-fois cette donnée reste pertinente puisque c'est avec cette largeur de raie que nous allons manipuler les atomes.

Pour tenter de déterminer la largeur de raie intrinsèque de la diode laser, nous avons branché en série deux diodes lasers JDS-Uniphase sur la même alimentation de courant, et observé leur signal de battement. La dépendance de la fréquence de battement par rapport à l'intensité (d∆f

dI = 4, 15 M Hz.mA⁻¹) étant 30 fois plus faible que la variation en intensité de la fréquence d'une des diodes (dfDL

dI = 121 M Hz.mA⁻¹), le bruit en intensité ne doit plus élargir le signal de battement. Nous avons alors mesuré des largeurs spectrales pour les diodes lasers 2 à 4 fois plus faibles, ce qui conrme l'importance du bruit de l'alimentation. La largeur minimale mesurée est de 600 kHz pour un courant de 170 mA, ce qui reste loin des performances annoncées par le constructeur. Notons cependant que les longueurs de cables reliant les deux diodes sont diérentes. Ainsi, le bruit haute fréquence sur l'alimentation de courant n'est pas retranché sur le signal de battement, et peut expliquer la largeur observée. Les spectres mesurés étant dissymétriques, un déplacement rapide devant la durée d'ac-quisition du spectre (100 ms) pourrait expliquer la largeur excessive. D'après la loi de

dé-pendance de la longueur d'onde à la température du tableau 3.3, des uctuations thermiques de 50 µK sur 100 ms suraient pour provoquer un élargissement à 500 kHz de la raie, ce qui n'est pas du tout inconcevable. Nous avons tenté de réduire ces uctuations thermiques à hautes fréquences en multipliant par 10 le gain du montage dérivateur du contrôleur de température. Un très léger anement a été observé (de l'ordre de 10%), mais au détriment de la stabilité de l'asservissement en température. Nous n'avons donc jamais pu observer la largeur intrinsèque de 150 kHz annoncée par le constructeur.

Fig. 3.10 - Variation des caractéristiques des diodes lasers avec le courant - a. Compétition entre les modes longitudinaux d'une diode Avanex - b. Largeur de raie d'une diode JDSU.

Nous avons enn vérié l'importance de travailler susamment au-dessus du seuil an d'obtenir une bonne suppression des modes longitudinaux ainsi que la largeur spectrale nominale. La gure 3.10 présente la variation de ces propriétés en fonction du courant.