Caractérisation et modélisation optoélectronique de diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL)

par Angélique Rissons

Thèse de doctorat en Optoélectronique et hyperfréquence

Sous la direction de Jean-Claude Mollier.

Soutenue en 2003

à École nationale supérieure de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse ; 1972-2007) .

mots clés

• Paramètres S
• Datacom
• Télécom
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• Optoélectronique -- Thèses et écrits académiques
• Modèles mathématiques -- Thèses et écrits académiques
• Schémas électriques -- Thèses et écrits académiques
• Lasers à émission par la surface à cavité verticale -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Ce travail a consisté à étudier le comportement de VCSELs en régime statique et dynamique. Après avoir présenté la structure du VCSEL, nous avons établi un système d’équations d’évolution du nombre de porteurs et de photons incluant la contribution de l’émission verticale et des puits quantiques. Ces équations ont été résolues pour obtenir le nombre de photons et de porteurs en fonction d’un minimum de paramètres intrinsèques. La première étape expérimentale a porté sur la caractérisation statique de la diode laser afin de déterminer sa zone de fonctionnement. Nous nous sommes ensuite intéressés à la modélisation dynamique du VCSEL. Inspirés du schéma électrique équivalent petit signal d’une diode laser conventionnelle, nous avons établi celui d’un VCSEL en représentant ses particularités telles que la contribution des miroirs de Bragg et des puits quantiques sous forme de cellules RC parallèles. Le modèle a été élaboré en comparant les équations du circuit électrique équivalent et les équations d'évolution linéarisées. Les éléments parasites dus à la connectique et au support de test ont été ajoutés à ce modèle intrinsèque de puce laser. Finalement, la validation a été effectuée grâce aux mesures du paramètre S11 et du paramètre S21. Après avoir cherché à valider le modèle sur des VCSELs en boîtier, des résultats concluants ont été obtenus grâce a des mesures sous pointes sur des barrettes de VCSELs en structure implantée ou à diaphragme d’oxyde, ce qui nous a permis d’extraire des valeurs convenables pour les paramètres intrinsèques.

Titre traduit

Characterisation and modeling of vertical-cavity surface-emitting laser diode (VCSEL)

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