Etude théorique et expérimentale de diodes laser de forte luminance à 980 nm

par Sophie-Charlotte Auzanneau

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de François Julien.

Soutenue en 2002

à Paris 11 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous présentons notre étude portant sur des diodes laser émettant à 980 nm. Nous souhaitions améliorer leur luminance, c'est-à-dire avoir une forte puissance alliée à une qualité spatiale du faisceau élevée. Afin de contrôler la qualité spatiale du faisceau, nous avons développé une forme particulière de laser, à savoir un laser à cavité évasée: le laser est constitué d'une section monomode droite suivie d'un évasement. Nous avons étudié deux types de section évasée, le premier (type I) à guidage par l'indice et à faible angle d'ouverture inférieur à 1ʿ, le second (type II) à guidage par le gain avec un angle entre 4 à 6ʿ. Nous avons utilisé une structure verticale d'épitaxie sur GaAs optimisée pour l'obtention de puissance. Afin d'optimiser la forme du guide d'onde évasé, nous avons développé un programme qui a permis d'optimiser la géométrie du laser évasé de type I en vue d'obtenir un mode en sortie le moins multimode possible. La question de la caractérisation de la qualité spatiale du faisceau s'est posée lors de l'évaluation expérimentale des lasers évasés. Les profils non-gaussiens des faisceaux nous ont conduit à utiliser les définitions de la taille et de la divergence des champs proche et lointain basées sur les écarts-types des profils d'intensité. Nous avons alors déterminé le facteur de qualité spatiale M2 selon sa définition adaptée à un faisceau quelconque basée sur les écarts-types. Nous avons mis en place un procédé expérimental de la mesure de la taille et de la divergence puis validé le traitement des données et notre méthode de calcul du facteur M2 par l'étude d'un laser ridge monomode. Expérimentalement, il apparaît que les lasers de type I les plus prometteurs possèdent un angle de 0,64ʿ, et un angle de 4ʿ pour les lasers de type II. Avec les premiers, on obtient 600mW avec un M2 de 2,1 et avec les seconds 1,2W avec un M2 de 3,3. D'autres types de lasers évasés (boîtes quantiques, électrodes distribuées) sont également étudiés.


  • Résumé

    In this work, we present the study of high brightness laser diodes at 980 nm. We aim to improve the brightness that is to say the emitted power and the spatial quality of the beam. To control the spatial beam quality, we developed a tapered waveguide shape. The laser consists of a single mode straight section and a tapered section. We developed two kinds of lasers: the first (type I) with an index guided tapered section and a small overture angle (less than 1ʿ), the second (type II) with a gain guided tapered section and an angle between 4 and 6ʿ. Both have the straight index guided section. We used a optimized epitaxial structure based on GaAs materials for high power. To improve the tapered waveguide shape, we developed a modelling program that allowed us to optimize the geometry of the tapered laser in order to have a weakly multimode output beam. We had to deal with the question of the spatial beam measurements to determine the spatial beam quality. The non-gaussian intensity profiles we measured lead us to use the definitions of the size of the near-field and of the far-field angle based on the second moments of the intensity profiles. Using these values, we determined the M2 factor according to the definition adapted to a beam with real profiles based on the second moments. We realized a experimental method to measure the size and the divergence of the beam and we validated the data treatment and our calculation method with the study of a monomode ridge laser. The best index guided lasers (type I) have an overture angle of 0. 64ʿ and the best lasers with the gain guided section (type II) have an angle of 4ʿ. With the type I lasers, we measured a power of 600 mW with a M2 factor equal to 2. 1. With the type II lasers, we had, for two different tapered lasers a power of 1. 2W with a M2 of 3. 3 and 2. 4W with a M2 equal to 5. 8, respectively. Others kinds of tapered lasers (multiple quantum wells, quantum dots, distributed electrodes) are also studied.

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Informations

  • Détails : 206 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)276
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