Ingénierie et contrôle du chirp des lasers DFB

Les lasers DFB sont de bons candidats pour les applications télécoms grâce à leur compacité, leur faible consommation et leur bon rendement monomode. Malgré leur simplicité d’utilisation, leur application, lorsqu’ils sont modulés directement, est réduite aux communications à courte portée à cause du chirp induit par la modulation d’indice. En effet, le chirp en présence de la dispersion chromatique de la fibre engendre en général un élargissement temporel du signal transmis qui limite les performances du système de transmission sur fibre optique en termes de débit et de portée. Pour cette raison, de grands efforts sont consacrés à l’ingénierie du chirp des lasers DFB en termes de compréhension, de prédiction et de contrôle. Dans une première partie de ce chapitre, nous présentons des moyens originaux de prévision et de contrôle du chirp des lasers DFB. Nous commençons par procéder à une analyse théorique détaillée des non-linéarités spatiales (ou spatial hole burning) et de leur influence sur le chirp. L’impact des phases du réseau aux facettes est mis en avant. Cette analyse confirmée par les mesures expérimentales permet de définir des règles de conception pour l’obtention de chirp adiabatique positif (bleu) ou négatif (rouge) en modulation. Des mesures en transmission confirment l’influence considérable du comportement de chirp sur la pénalité. Un autre moyen efficace de stabiliser le chirp des lasers DFB consiste à introduire une rétroaction optique externe bien contrôlée. Il a été récemment montré que le chirp adiabatique des lasers DFB peut être réduit en annulant les effets du facteur de couplage phase amplitude αH par un fort taux d’injection optique [1]. Par conséquent, une nouvelle approche pour améliorer la portée de transmission consiste à piloter le chirp adiabatique des lasers DFB grâce à des techniques de contrôle externes. Dans la deuxième partie du présent chapitre, nous démontrons expérimentalement et par la simulation, la stabilisation du chirp sur une large bande de modulation à travers une rétroaction optique externe adéquate et bien contrôlée. L’investigation est réalisée sur des DML à puits quantiques à travers une analyse du comportement du CPR où la rétroaction.

 Influence des phases aux facettes sur le comportement du chirp des lasers HR/AR-DFB

optique est implémentée à travers une longue cavité externe. La rétroaction optique peut être facilement introduite dans un laser modulateur intégré (EML) regroupant un DML et un EAM ayant une facette de sortie sans traitement antireflet. La génération et le contrôle du retour optique sur la section laser sont réalisés respectivement par la section du modulateur EAM et l’ajustement de l’absorption par la tension de polarisation. optimale consiste à appliquer un traitement AR sur la facette avant et un traitement HR sur la facette arrière. Dans ce cas, la facette avant n’a aucun effet sur le mécanisme du laser. Cependant, l’interférence entre la facette arrière et le réseau de Bragg rend la sélection de la longueur d’onde d’émission sensible à la position du plan de clivage (figure 1.9). Prenons le cas d’un laser DFB de longueur L où la facette HR (respectivement AR) est située à z = L (respectivement z = 0). D’après les équations (1.14) et (1.15), la position l du plan de clivage par rapport au réseau de Bragg peut être située dans une zone de forte ou de faible indice (n1 ou n2 pour le cas d’un réseau rectangulaire) et est caractérisée par le déphasage φHR: Nous avons vu dans le premier chapitre que la variation longitudinale d’indice n(z) induite par la variation longitudinale de la densité de porteurs N(z) (SHB) entraîne une modification de la longueur d’onde d’émission induisant ainsi le chirp adiabatique. Le phénomène du SHB est dépendant de la phase de la facette HR (φHR) qui contrôle les interférences entre le réseau et les facettes clivées.

Nous avons vu dans le premier chapitre que la variation longitudinale d’indice n(z) induite par la variation longitudinale de la densité de porteurs N(z) (SHB) entraîne une modification de la longueur d’onde d’émission induisant ainsi le chirp adiabatique. Le phénomène du SHB est dépendant de la phase de la facette HR (φHR) qui contrôle les interférences entre le réseau et les facettes clivées. Au dessus du seuil, le couplage électron-photon crée une interdépendance entre la densité de photons S(z), la densité de porteurs N(z) et l’indice de réfraction n(z). Toute variation locale de S(z) agit sur n(z) et entraîne une distorsion de la périodicité du réseau de Bragg. En contrepartie, ces distorsions modifient la sélectivité du laser et la distribution longitudinale de la puissance [2]. En raison de la sensibilité des effets non linéaires à la position des deux facettes par rapport au réseau, il n’est pas simple de trouver un moyen de classification des lasers DFB en familles homogènes. Pour le cas des lasers HR/AR-DFB avec très faible RAR (de l’ordre de 0,1%), la symétrie de la figure 3.1 suggère, cependant, que la population entière des lasers DFB peut être divisée en deux classes différentes dont les propriétés seront analysées ci-dessous.