Sources laser à cascade bipolaire pour la modulation directe

Bipolar cascade laser sources for use in directly-modulated links

• Auteur / Autrice : Frédéric Dross
• Direction : Philippe Gallion
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés libres

Laser

Opto-hyperfréquence

Semiconducteurs

Sommation

Jonction tunnel

Cascade bipolaire

Théorie quantique

Télécommunication optique

Dispositif optoélectronique

Hyperfréquence

Modulation

Résumé

Ce travail porte sur l'amélioration des caractéristiques des liaisons optique-hyperfréquence à modulation directe par l'utilisation de sources laser à cascade bipolaire. Une étude théorique et expérimentale montre qu'il est possible d'améliorer d'un facteur n2 le gain hyperfréquence de la liaison par l'utilisation de n lasers discrets. De plus, nous montrons une amélioration de 3 dB du bruit d'intensité relative d'une source composée de deux lasers discrets. Pour pallier la limitation en bande passante de l'architecture discrète, nous étudions, à l'aide d'un modèle basé sur les équations d'évolution, et à l'aide d'un modèle auto-consistant de transport électronique, l'influence de la mise en cascade monolithique de plusieurs zones actives intégrées dans une structure monomode transverse. Puis nous utilisons les modèles développés pour concevoir des composants et présentons le résultat de leur caractérisation. Du fait de la faible conductivité de la jonction tunnel, on observe un étalement assez important des lignes de courants. De plus, la distribution des porteurs dans la cavité chaude augmente fortement les pertes internes. Malgré ces limitations, nous obtenons un rendement quantique interne supérieur à 100% ainsi qu'une amélioration du rendement différentiel externe sur un laser à cascade bipolaire monomode transverse.

We report on the improvement of the opto-RF link characteristics by the use of directly-modulated bipolar cascade laser sources. A theoretical as well as experimental study enables to improve by a factor n2 the RF link gain with the use of n discrete lasers. In addition, we improve by 3 dB the relative intensity noise of a laser source composed of two discrete lasers. To circumvent bandwidth limitations, we study, through the development of a rate equation model, and through the improvement of a self-consistent transport model, the influence of monolithically cascading several active junctions into a single-transverse-mode bipolar cascade structure. Eventually, the developed models are used to design the component and we present some characterizations. Due to the low tunnel junction conductivity, the device exhibits an important current spreading. In addition, the carrier distribution in the biased cavity increases the optical internal loss. Despite these limitations, we obtain a quantum internal differential efficiency greater than 100% and a single-transverse-mode bipolar cascade laser with enhanced external differential efficiency.