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RÉSUMÉ
Cet article a pour objectif de présenter les lasers et les amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour les applications en télécommunications optiques. Il décrit les matériaux, les structures et les caractéristiques principales de ce type de lasers/amplificateurs. Il passe en revue les lasers à contre-réaction distribuée, les lasers accordables, les lasers impulsionnels et les circuits photoniques intégrant des lasers. Enfin il se conclut par les perspectives de développement de ce type de lasers à semi-conducteurs dans les années à venir.
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The purpose of this article is to present semiconductor lasers and optical amplifiers for communication applications. It describes the materials, structures and basic characteristics of this type of laser/amplifier. It then reviews distributed feedback lasers, tunable lasers, pulse lasers and the photonic circuits integrating semiconductor lasers. It concludes by indicating future directions for the development of this type of semiconductor laser in the coming years.
Auteur(s)
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Guang-Hua DUAN : Ingénieur de recherche à - Lab
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Hélène DEBRÉGEAS : Ingénieur de recherche à - Lab
-
Romain BRENOT : Ingénieur de recherche à - Lab - - Lab – Laboratoire conjoint entre « Alcatel Lucent Bell Labs », « Thales Research and Technology » et « CEA LETI » Palaiseau, France
INTRODUCTION
Les lasers à semi-conducteurs sont caractérisés par un faible volume, une utilisation facile, un fort rendement énergétique et un coût de production faible. Forts de ces avantages, ces lasers prennent une place exclusive en télécommunications optiques.
Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs constituent la brique de base essentielle d'un laser à semi-conducteurs et, en même temps, remplissent des fonctions telles que l'amplification optique ou la conversion en longueur d'onde.
La plupart des systèmes de transmission optique dans une fibre nécessitent des lasers émettant une seule longueur d'onde, appelés lasers monomodes. Les lasers sont souvent utilisés en modulation directe pour coder l'information à transmettre. Les lasers à contre-réaction distribuée (DFB pour « Distributed Feedback Laser ») sont alors développés pour ce type d'application.
La plupart des réseaux à longue distance ou métropolitains utilisent le multiplexage dense en longueur d'onde (Wavelength Division Multiplexing : WDM). Pour ces applications, des lasers accordables en longueur d'onde ont été développés. Ce sont des lasers monomodes, dont la longueur d'onde est ajustable précisément, sur toute la bande C (1,53 à 1,565 μm) par exemple. Cela facilite beaucoup la gestion des stocks puisqu'il n'est plus nécessaire de disposer d'un laser de rechange par longueur d'onde. Ils sont également un élément clé des multiplexeurs à insertion-extraction accordables (Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplexers : ROADM), qui effectuent le routage du trafic et son éventuelle conversion en longueur d'onde.
Le besoin croissant d'augmenter les fonctionnalités des composants, conjugué à une maturité de la technologie sur semi-conducteurs III-V et silicium, conduit aujourd'hui au développement rapide des circuits photoniques intégrés (Photonic Integrated Circuits : PIC). Il s'agit d'intégrer, sur le même substrat semi-conducteur, plusieurs éléments pour réaliser des fonctions complexes. Il existe actuellement deux techniques développées parallèlement pour la fabrication des PIC intégrant des fonctions actives (émission, modulation et détection) : l'intégration monolithique sur InP et l'intégration hybride III-V sur silicium.
Cet article a pour objectif de présenter les lasers et les amplificateurs optiques à semi-conducteurs pour les applications en télécommunications optiques. Il décrit les matériaux, les structures et les caractéristiques principales de ce type de lasers. Puis il passe en revue les lasers à contre-réaction distribuée (DFB pour « Distributed Feedback Laser »), les lasers accordables, les lasers impulsionnels et les circuits photoniques intégrant des lasers. Enfin, cet article se conclut par les perspectives de développement de ce type de lasers à semi-conducteurs dans les années à venir.
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KEYWORDS
semiconductor lasers | semiconductor optical amplifiers
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Matériaux semi-conducteurs pour les sources lasers de télécommunications
En anglais
8. Glossaire – Définitions
Laser DFB (Distributed Feedback )
Laser de fonctionnement monomode intégrant un réseau créant un couplage continu entre l'onde aller et l'onde retour.
WDM (Wavelength Division Multiplexing )
Technique consistant à passer plusieurs signaux de longueurs d'ondes différentes sur une seule fibre optique pour permettre d'augmenter le débit de transmission par fibre.
PIC (Photonic Integrated Circuits )
Circuits photoniques intégrant plusieurs éléments pour avoir une fonctionnalité d'émission, de réception, etc.
SOA (Semiconductor Optical Amplifier )
Amplificateur optique à semi-conducteurs permettant d'amplifier un signal optique ou alors de traiter un signal optique (conversion de longueur d'onde, etc.).
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Glossaire – Définitions
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - AGRAWAL (G.P.), DUTTA (N.) - Semiconductor lasers. - Kluwer Academic Publishers, 2e édition (2001).
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(2) - LIU (J.), SUN (X.), CAMACHO-AGUILERA (R.), KIMERLING (L.), MICHEL (J.) - A Ge-on-Si laser operating at room temperature. - Optics Lett., 35, p. 679-681 (2010).
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(3) - BIMBERG (D.), GRUNDMANN (M.), LEDENTSOV (N.N.) - Quantum-Dot heterostructures. - John Wiley and Sons (1999).
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(4) - LELARGE (F.) et al - Recent advances on InAs/InP quantum dash based semiconductor lasers and optical amplifiers operating at 1,55 μm. - Invited paper, Journal of Selected Topics on Quantum Electronics, 13, p. 111-127 (2007).
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(5) - DE VALICOURT (G.) et al - Experimental and theoretical investigation of mode size effects on tilted facet reflectivity. - IET Optoelectronics, 5, p. 175-180 (2011).
-
(6) - CONNELLY...
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