Fiabilité de diodes laser de forte puissance 808 nm microassemblées pour des applications spatiales : approche expérimentale et modélisations par éléments finis

• Auteur / Autrice : Othman Elmehdi Rehioui
• Direction : Yves Ousten, Laurent Bechou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 14/06/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Fouillat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel T. Cassidy, Thierry Fillardet, Olivier Gilard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Landesman, Xavier Marie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité

Diodes laser

Électrooptique

Optoélectronique

Mots clés libres

Optoélectronique

Diode laser de puissance

Caractérisation électro-optique

Degré de polarisation

Régime QCW

Simulation par éléments finis

Fiabilité

Optoelectronics

Laser diode array

Laser diode bars

Electro-optical characterization

Degree of polarization

QCW mode

Finite element simulation

Reliability

Résumé

Ces travaux de thèse ont pour objectif de proposer une nouvelle technique de caractérisation électro-optique de barrettes de diodes Laser de puissance (DLPs), au niveau émetteur individuel à partir d'un banc dédié, utilisées pour le pompage optique à 808nm de système LIDAR en environnement spatial et en régime QCW. Après une étude métrologique fine, ils décrivent une méthodologie de sélection d'un indicateur précoce de défaillance potentielle et sa capacité à estimer la fiabilité de DLPs en conditions opérationnelles (> 109 impulsions à 100Hz/200µs). L’analyse de la dégradation des DLPs se base sur l'identification de signatures paramétriques de défaillance mises en lumière après une série de tests accélérés ciblés et relatives à l'évolution de la puissance optique, du spectre optique (λmax) et du degré de polarisation (DOP) de chaque émetteur de la barrette. Nous montrons également la forte complémentarité entre la mesure du DOP par électroluminescence et par photoluminescence et nous proposons une méthodologie de sélection précoce des émetteurs en considérant leur localisation dans le plan (λmax, DOP). Ces études expérimentales, confortées par des simulations thermiques et mécaniques par éléments finis en introduisant un grand nombre de paramètres technologiques, ont permis de quantifier les niveaux de contraintes résiduelles dans les DLPs en fonction de différentes configurations d'assemblage et d'établir un lien avec leur fiabilité intrinsèque.

This thesis work aimed to propose a new methodology for electro-optical characterization ofQCW laser diodes array (LDA) at emitter level by using a dedicated test bench. After detailedmetrological study, a methodology for selecting an early failure indicator and its ability to assess theLDA reliability in operational conditions (> 109 Shots at 100Hz/200μs) has been described. The LDAdegradation analysis were based on identification of parametric failure signatures highlighted after aset of accelerated tests and have been focused on the evolution of optical power, optical spectrum(λmax) and the degree of polarization (DOP) of each emitter on the LDA. We also explain the strongcomplementarity between the measured DOP of photoluminescence and the DOP ofelectroluminescence and a methodology for early selection of emitters have been proposed by takinginto account their location in the plane (λmax, DOP). These experimental studies were comforted bythermal and mechanical finite element simulations, by introducing several technological parameters inorder to quantify levels of induced mechanical stresses in LDA under different assemblyconfigurations and to establish the link with their intrinsic reliability.