Etude de l'autopulsation par verrouillage de modes passif dans les lasers à semi-conducteurs à réflecteur de Bragg distribué : application à la récupération d'horloge tout optique à 40 Git/s

Study of self-pulsation by passive mode-locking in distributed Bragg reflector semiconductor lasers : application to all-optical clock recovery at 40 Gbit/s.

• Auteur / Autrice : Jérémie Renaudier
• Direction : Philippe Gallion, Guang-Hua Duan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique et communications
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris, ENST

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflecteurs (optique)

Lasers à semi-conducteur

Optoélectronique

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l'étude de l'autopulsation à 40 GHz générée par verrouillage de modes passif dans les lasers DBR à semi-conducteurs, et de leur application à la récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s. Un modèle théorique a montré que le blocage de modes passif dans ces lasers est engendré par mélange à quatre ondes et génère une corrélation des bruits de phase des modes du laser. La signature expérimentale de l'autopulsation est alors la réduction de largeur spectrale du spectre lorentzien du photocourant. L'importance du mélange à quatre ondes a ensuite guidé les démarches de conception de ces composants, et les lasers DBR autopulsants réalisés ont permis l'étude expérimentale du blocage de modes passif, à travers la mesure d'une relation de phase fixe entre modes et la démonstration de la corrélation de leurs bruits de phase. Par la suite, la caractérisation de lasers à boîtes quantiques, développés au III-V Lab, a montré leur potentiel à générer des signaux autopulsants de haute pureté spectrale, avec des largeurs spectrales proches du kHz. Enfin, l'étude de la synchronisation externe du laser autopulsant a montré le rôle clé de la largeur spectrale et l’intérêt des lasers à boîtes quantiques pour les applications telles que la récupération d'horloge tout-optique ou la génération de porteuses optiques micro-ondes. Ces lasers ont d'ailleurs permis la réalisation d'une récupération d'horloge tout-optique à 40 Gbit/s présentant une fonction de transfert de gigue compatible avec le gabarit de la norme ITU-T G825. 1. Ce résultat prometteur permet d'envisager l'utilisation de lasers DBR autopulsants dans une interface de régénération.

This PhD thesis deals with the study of 40 GHz self-pulsation induced by passive mode-locking in semiconductor DBR lasers and its application to 40 Gbit/s all-optical clock recovery. A theoretical model has shown that four-wave mixing generates passive mode-locking in such DBR lasers and is responsible for phase correlation between modes. Phase correlation then leads to a lorentzian shape photocurrent spectrum with a reduced spectral linewidth being the signature of self-pulsation. This theoretical study has provided guidelines to design self-pulsating DBR lasers. The fabricated DBR lasers were used to experimentally investigate passive mode-locking through the measurement of fixed phase relationships between modes, as well as the demonstration of phase correlation. Afterwards, the characterization of quantum-dots lasers, developed at the III-V Lab, has shown their potential to generate high spectral purity self-pulsating signals, with spectral linewidths down to several kHz. Finally, the study of injection locking of self-pulsating lasers has pointed out the key role of the free running spectral linewidth, and consequently the interest of self-pulsating quantum-dots lasers for applications such as all-optical clock recovery and low jitter microwave optical sources. The high spectral purity of these components has lead to experimental achievement of 40 Gbit/s all-optical clock recovery scheme with jitter transfer function compliant with ITU-T G825. 1 standard. This promising result is a new step towards practical application of self-pulsating DBR lasers in regeneration interfaces.