Diodes lasers DFB à couplage par l'indice émettant entre 2 µm et 3,3 µm sur substrat GaSb

Index coupled distributed feedback GaSb based laser diode in the 2µm to 3.3µm range

• Auteur / Autrice : Quentin Gaimard
• Direction : Roland Teissier, Aurore Vicet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 17/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'électronique et des systèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Alexeï Baranov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Teissier, Aurore Vicet, Alexeï Baranov, Alain Le Corre, Abderrahim Ramdane, Olivier Gauthier-Lafaye
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Le Corre, Abderrahim Ramdane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rétroaction (électronique)

Spectroscopie laser

Diodes laser

Mots clés libres

Laser semiconducteur

Antimoniures

Dfb

Spectroscopie

Gravure ICP Chlorée

Reprise d’épitaxie en MBE

Semiconducteur laser

Antimonide

Dfb

Spectroscopie

Chlore based ICP etching

MBE regrow

Résumé

Le développement d'un procédé de détection de gaz atmosphériques à l'état de traces en temps réel, fiable, robuste, sélectif, sensible et portable, est impératif pour répondre à des enjeux sanitaires, écologiques et industriels. La spectroscopie par diodes laser accordables est une des voies envisagées pour pourvoir à ce besoin. Elle nécessite le développement de diodes lasers mono-fréquences émettant en régime continu à température ambiante entre 2 µm et 3.3 µm. Nous reportons ici les modélisations et développements technologiques nécessaires à la fabrication de lasers à contre-réaction répartie – à couplage par l'indice, réseau du 1er et 2nd ordre, sur substrat antimoniure – ainsi que les résultats obtenus. Dans la première partie de ce document, après avoir dressé le contexte de l'étude, nous introduirons la théorie des lasers à contre-réaction répartie et présenterons les modélisations qui ont permis de décrire nos structures. La seconde partie est dédiée aux développements des procédés technologiques qui ont permis de mettre en place deux filières de fabrication de composants – à savoir des lasers DFB à ailettes et lasers DFB à réseau enterré. La troisième partie expose les performances des composants fabriqués et présente les premières mesures d'analyse de gaz effectuées. Ces travaux ont conduit au développement de deux nouvelles filières de fabrication de composants : des diodes lasers mono-fréquences présentant une puissance élevée et une forte sélectivité modale. Les prototypes fabriqués seront utilisés sur des systèmes de spectroscopie.

Development of a reliable, real-time, selective, sensitive and suitable technique for atmospheric trace gas spectroscopy is a critical challenge in science and engineering, for sanitary, ecological and industrial issues. Tunable single-frequency lasers in the 2µm to 3.3µm wavelength range, working in continuous regime at room temperature, can be used in absorption spectroscopy to identify and quantify several atmospheric gases. We report here on the design, the technological development and the performances of 1st and 2nd order index-coupled distributed-feedback (DFB) antimonide-lasers diodes in the 2µm to 3.3µm wavelength range. The first part of this document establishes the context of the thesis, introduces the DFB theory and our modelisation. The second part presents the technological fabrication of the two different components: the side wall corrugated DFB lasers and the buried DFB lasers. The third part shows the performances of the components and the first tests on gas measurement.This work has led to the development of two different kinds of single-frequency laser diodes with high optical power and spectral purity. The fabricated prototypes will soon be used on gas spectroscopy set-up.