Pulse generation from mode locked VECSELS AT 1.55 um

par Zhuang Zhao

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean Louis Oudar et de Sophie Bouchoule.

  • Titre traduit

    Laser à semiconducteur à 1.55 um a emission par la surface en cavité étendue en régime de blocage de modes


  • Résumé

    Dans un premier temps, nous avons optimisé des structures laser VECSEL dans le but de maximiser la puissance émise par une gestion thermique adéquate. Les structures conçues et fabriquées contiennent une zone active à base d’InP pour l’émission à 1.55 µm. Un miroir hybride métal- semiconducteur à base d’un miroir de Bragg GaAs/AlAs est intégré à la zone active. La structure semiconductrice est intégrée avec différents substrats hôtes de bonne conductivité thermique sur la base de simulations numériques, et les performances des dispositifs fabriqués sont évaluées expérimentalement sous pompage optique Les VECSELs intégrés sur substrat diamant CVD présentent les puissances de sortie les plus élevées, et sont de bons candidats pour l’émission de puissance (> 500 mW) à 1.55 µm et pour les expériences de blocage de modes. D’un autre côté nous montrons que l’intégration d’un substrat de cuivre par voie électrochimique représente une approche flexible et faible-coût, pour atteindre une puissance de sortie de plusieurs dizaines de mW jusqu’à ~ 200 mW.Dans un second temps, nous avons développé des SESAMs à 1.55 µm. La région active est formée de puits quantiques InGaAsN/GaAs, couplés par effet tunnel à des plans GaAsN à recombinaison rapide. Des temps caractéristiques de recouvrement de l’absorption de quelques picosecondes à la dizaine de picoseconde sont ainsi mesurés.La résonance de la microcavité SESAM est ajustée de manière contrôlée grâce à des couches de phase spécifques épitaxiées en surface de la structure. La gravure sélective couche par couche des couches de phase permet d’accorder la profondeur de modulation et la dispersion de vitesse de groupe (GDD) de la structure SESAM.Finalement nous avons assemblé les structures SESAM et VECSEL dans une cavité à quatre miroirs pour obtenir un fonctionnement laser en régime de blocage de modes passif. Nous observons que la durée de l’impulsion de blocage de modes peut être réduite de plusieurs picosecondes (~ 10 ps), jusqu’à moins de la picoseconde (0.9 ps) en accordant la GDD de la structurre SESAM.


  • Résumé

    In a first step, we have developed and implemented VECSEL structures, aiming at maximizing the laser output power through a proper thermal management. The fabricated VECSEL chips contain an InP-based active region for emission at 1.55 µm. A hybrid metal-GaAs/AlAs Bragg mirror is used to achieve efficient dissipation of the heat generated in the active region. The semiconductor structure is integrated to various host substrates and the VECSEL performances are investigated numerically and experimentally. VECSELs with CVD diamond substrates have the best overall performance and are promising for large output power (> 500 mW), while electroplated copper substrate is demonstrated to be a flexible and cost-effective approach for thermal management in 1.55 µm OP-VECSEL in order to achieve output power of several tens of mW to ~ 200 mW. The second part of the work is devoted to the development of SESAM structures at 1.55 µm. The structures include an active region consisting of InGaAsN / GaAs quantum wells surrounding by GaAsN planes, allowing to achieve absorption relaxation time of few picoseconds. The SESAM microcavity resonance was adjusted via a selective etching of phase layers specifically designed to control the magnitude of both the modulation depth and the intra cavity group delay dispersion of the device.Finally, assembling VECSEL and SESAM chips in a cavity, we observe experimentally that the mode-locked pulse duration could be reduced from several picoseconds to less than one picosecond when the resonance and group delay dispersion of the SESAM microcavity are tuned.


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