CARACTERISATION ET MESURES DE LONGUEURS D’ONDE

Dans ce travail, nous avons procédé aux caractérisations de quatre types de diodes : deux diodes Sony et deux diodes Mitsubishi qui nous sont parvenues sans aucune spécification particulière. Pour l’utilisation des diodes lasers en spectroscopie atomique, il est important de déterminer avec exactitude ses différentes caractéristiques : la longueur d’onde, le courant seuil, le courant limite. C’est ainsi que nous avons mesuré les relations puissance-courant d’injection, courant d’injection-température et enfin, nous avons déterminé les courants de seuil à différentes températures ainsi que la variation de la longueur d’onde en fonction de la température. Nous rappelons tout simplement que la détermination de ces caractéristiques est d’une grande importance puisqu’elle nous permet d’utiliser ces diodes dans les expériences de spectroscopie atomique. Les diodes lasers dont nous disposons sont des structures à double hétérojonction composées des matériaux GaAs et AlGaAs. Les structures à double hétérojonction sont des matériaux convenablement dopés pour l’injection de porteurs. Elles permettent aussi d’assurer des confinements optique et électronique très efficaces.

Dans ce chapitre, nous allons aborder dans un premier temps les caractéristiques essentielles des diodes lasers qui sont leurs propriétés optiques et électroniques. Ensuite nous exposerons les résultats expérimentaux que nous avons obtenus en caractérisant ces diodes lasers.

Caractéristiques optoélectroniques des diodes lasers

La caractéristique Puissance-courant, représente les propriétés de conversion de l’énergie électrique (courant injecté) en énergie optique (puissance émise) de la diode laser. L’obtention de la courbe de la puissance en fonction du courant permet de connaître plusieurs paramètres qui déterminent les performances de la diode laser . Ces paramètres sont : le courant seuil Ith, la pente de conversion S (W /A) et la puissance limite. laser à fonctionner d’abord en émission spontanée puis en émission stimulée. Le passage entre ces deux processus constitue le seuil de déclenchement du laser, on parle de courant de seuil désigné par le symbole Ith. La valeur exacte de ce seuil est le premier paramètre intéressant pour caractériser la diode laser. La condition de seuil exprime une compensation des pertes par le gain d’émission stimulée, en effet, le courant injecté compense exactement la recombinaison radiative spontanée ( la recombinaison non radiative étant supposée négligeable). Cette condition de seuil s’exprime par la relation II.5 vue au chapitre II :

Le courant de seuil est fonction du matériau constituant le semi-conducteur et de la configuration générale de son guide d’onde. Il dépend également de la taille de la région active. Ainsi, pour atteindre le seuil d’émission laser, une large zone active peut exiger une importante puissance électrique, ainsi est-il nécessaire de réduire la taille de la zone active La densité de courant de seuil est le rapport entre le courant de seuil déterminé expérimentalement par la zone active. Elle est notée par Jth et s’exprime en Acm-2. C’est l’un c’est à dire les types GaAs/AlGaAs, cette température est supérieure à 120°. On remarque par ailleurs quedensité de courant de seuil et le rendement quantique de la diode laser augmentent en fonction de la température.

Le rendement quantique différentiel externe

Les performances d’une diode laser peuvent se traduire par un courant de seuil bas, une émission de lumière élevée avec une consommation en courant la plus réduite possible. Pour ce faire, on cherchera à avoir une lente augmentation du courant injecté à travers la jonction parallèlement à une rapide augmentation de la lumière émise. Le degrés de conversion de la puissance électrique en puissance lumineuse émise est mesuré constituent respectivement les efficacités quantiques de l’émission spontanée et de l’émission stimulée car la puissance contient les deux contributions [5,9]: spontanée et de l’émission stimulée. Au delà du seuil, l’émission stimulée devient le processus dominant, ainsi, le premier terme de l’équation (III.12) est négligé et on obtient : Le spectre des diodes lasers est lié aux caractéristiques particulières de la cavité optique. Il présente de nombreux pics ou raies. Le nombre de raies étant fonction à la fois de la structure de la cavité mais aussi du courant de commande. La cavité formant un résonateur optique, on obtient des ondes stationnaires et la condition de résonance indique que la longueur de la cavité L est un entier m de la demi longueur d’onde.