Photographies d’une puce laser utilisée

Pour nos études, nous avons opté pour des composants non montés en boîtiers pour les raisons suivantes :

– le besoin d’avoir accès aux deux faces du laser pour certaines expériences, – le besoin de maintenir la polarisation dès la sortie du laser,

– le besoin de connaître précisément les pertes de couplage laser-fibre afin de quanti- fier la puissance injectée dans nos lasers lors des expériences d’injection optique, – enfin, le besoin d’absence d’isolateur optique pour pouvoir réaliser des expériences

sans avoir besoin de puissance importante5.

Les lasers ressemblent à ceux présentés sur la figure 2.4. La puce laser, soit la jonction INP type p - INGAASP - INP type n, est pour plus de facilité de mise en œuvre reportée sur une embase conductrice en oxyde de béryllium (BeO) de dimensions 6 mm×2 mm. La face inférieure de la puce est donc directement en contact avec le support. Le second contact électrique doit s’effectuer par la partie supérieure de la diode laser. C’est le rôle du pavé carré visible sur la photographie 2.4, pavé électriquement isolé du support, et qui est relié à la puce laser grâce à deux fils d’or «soudés» par la technique dite de ball-bonding6. De plus, l’observation de la diode sur la photographie 2.4 nous permet de voir par trans- parence le guide optique. Comme le matériau de type p est transparent dans le visible, à l’inverse du matériau de type n, nous pouvons en déduire le fait que le matériau p est au-dessus7: la diode est dite p-side up. Cette observation est très utile pour l’alimentation électrique de nos lasers. En effet, la masse étant sur nos montage en-dessous, nous en dé- duisons qu’il nous faudra appliquer une tension positive à la partie supérieure du laser, soit appliquer une tension positive sur le pavé report carré.

Enfin, l’observation de la puce sur son pavé report nous permet d’estimer la longueur de la zone active (zone d’amplification) de la puce laser. Nous avons retenu pour valeur L = 200 µm. La largeur et l’épaisseur de la zone active de la jonction ont quant à elle été estimées à l×e =3 µm×0, 15 µm.

2.2

Mise en œuvre

La qualité des expériences réalisées au laboratoire est due au montage adopté pour la mise en œuvre de ces puces lasers. Au cours de nos travaux, nous avons utilisé quatre montages différents : le montage maître, le montage transmetteur, le montage récepteur et enfin le montage détecteur. Ces quatre montages sont disposés sur une dalle de marbre montée sur coussins d’air afin de minimiser les vibrations mécaniques, mais également disposés à l’intérieur d’une boîte en bois dont les parois sont recouvertes de mousse afin

5_{En effet, pour injecter une puissance de−20 dBm dans un laser muni d’un isolateur de 70 dB d’isolation,}

il faut disposer d’une puissance de 30 dBm !

6_{Cette technique consiste à chauffer un fil d’or jusqu’à le faire fondre pour créer une boule de matière qui}

sera collée sur la partie supérieure de la diode (cf figure 2.4). La machine va ensuite «tirer» le fil d’or jusqu’au pavé report où elle écrasera le fil, créant ainsi la connexion électrique.

2.3. Caractéristiques 25

de limiter les perturbations acoustiques, thermiques (par courant d’air par exemple) ou lumineuses.

Le montage maître, que l’on peut voir sur la photographie 2.5 est constitué d’un sup- port en cuivre thermiquement régulé8, ce qui permet une grande stabilité de la longueur d’onde d’émission laser, d’un câble blindé de type SMApour l’apport de courant et enfin d’une optique de reprise pour injecter le rayonnement laser dans une fibre optique mono- mode à maintien de polarisation. Cette optique est également à maintien de polarisation et de distance de travail de l’ordre du millimètre. Cette distance de travail impose donc un traitement anti-reflet sur la surface de la première lentille constituant cet élément afin de ne pas perturber le fonctionnement du laser. Enfin, cette optique de reprise intègre un iso- lateur double étage à maintien de polarisation et de taux d’isolation de 70 dB. Les pertes de couplage obtenues sur ce montage sont typiquement de l’ordre de 5 dB. Le lecteur pourra ici remarquer que ce montage remplit toutes les fonctions du boîtier butterfly en y ajoutant le caractère de maintien de la polarisation.

Le montage transmetteur est quant à lui similaire au montage maître. La seule diffé- rence réside en l’absence d’isolateur dans l’optique de reprise. Ainsi, nous pouvons in- jecter un signal externe via la fibre optique du montage et récupérer la réponse du laser injecté par la même voie. L’absence d’isolateur nous permet de réduire les pertes de cou- plage à environ 3 dB. L’étalonnage de la puissance injectée dans le laser placé sur le mon- tage transmetteur est réalisé suivant la méthode exposée dans le manuscrit de la thèse de

BONDIOU [22], et est rappelé à l’annexe A.

Le montage récepteur est quant à lui identique au précédent, aussi nous ne le détaille- rons pas plus.

Finalement, le montage détecteur, présenté sur la figure 2.6, permet un accès simultané aux deux faces du laser. L’optique de reprise, similaire à celle des autres montages mais avec une distance de travail d’environ trois millimètres, est, dans ce cas, située en face arrière. Elle est également à maintien de polarisation et admet des pertes d’insertion de l’ordre de 13 dB. Les pertes d’insertion en face avant sont plus élevées que pour les mon- tages précédents : entre 20 et 30 dB. Ceci s’explique facilement par le fait que la lentille de focalisation servant à l’injection dans le laser se situe à une distance (variable) d’une tren- taine de centimètres. Ces pertes importantes ne sont pas pénalisantes pour les expériences car ce montage est typiquement utilisés pour la détection de faibles puissances optiques.

2.3

Caractéristiques

Nous présentons ici les différentes mesures effectuées pour caractériser les puces lasers décrites précédemment ainsi que les résultats obtenus.

La première mesure consiste en la réalisation de la courbe caractéristique puissance op-

8_{La régulation est effectuée grâce à l’association d’un élément Peltier, d’une thermistance, d’un radiateur}

Apport de courant Optique de reprise

montée sur un support trois axes

Support de la puce laser Puce laser