EP4237906A1 - Systems for emitting uncooled light - Google Patents

Systems for emitting uncooled light

Info

Publication number
EP4237906A1
EP4237906A1 EP21805903.8A EP21805903A EP4237906A1 EP 4237906 A1 EP4237906 A1 EP 4237906A1 EP 21805903 A EP21805903 A EP 21805903A EP 4237906 A1 EP4237906 A1 EP 4237906A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
heater
active area
active
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21805903.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hélène DEBRÉGEAS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Almae Technologies
Original Assignee
Almae Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Almae Technologies filed Critical Almae Technologies
Publication of EP4237906A1 publication Critical patent/EP4237906A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0147Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on thermo-optic effects
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/015Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction
    • G02F1/0155Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction modulating the optical absorption
    • G02F1/0157Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on semiconductor elements with at least one potential jump barrier, e.g. PN, PIN junction modulating the optical absorption using electro-absorption effects, e.g. Franz-Keldysh [FK] effect or quantum confined stark effect [QCSE]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02453Heating, e.g. the laser is heated for stabilisation against temperature fluctuations of the environment
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0261Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/0625Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in multi-section lasers
    • H01S5/06251Amplitude modulation

Definitions

  • the invention relates to uncooled light emitting systems, in particular uncooled light emitting systems for telecommunications systems.
  • Telecommunication systems generally include semiconductor optical devices for transmitting an optical signal that can be modulated.
  • these devices may include: continuous wave (LC) lasers, direct modulation (LMD) lasers which have an active area allowing the emission of a directly modulated optical signal and externally modulated lasers (LME) comprising an active zone allowing the emission of an optical signal (hereinafter “laser part” or simply “laser”) and an active zone allowing the modulation of this optical signal (hereinafter “modulator part” or simply “modulator”).
  • LME local area modulated optical signal
  • LME externally modulated lasers
  • the modulator of an LME is for example an electro-absorption modulator (ME A).
  • a zone is said to be "active" in an optical semiconductor device when it is capable of generating a modification of an optical property of a light beam when it is subjected to a current source or tension.
  • An active zone is thus, for example, configured for light emission or light modulation.
  • the laser of an LMD or an LME is characterized in particular by two quantities, the laser gain curve g( ⁇ ) which represents the gain of the laser as a function of the wavelength and the wavelength of laser emission.
  • the laser is optimized for operation at a nominal temperature for which the maximum of the gain curve is close to the laser's emission wavelength and has a sufficient level to allow a power output suitable for the applications.
  • the wavelength corresponding to the maximum gain of the laser and the emission wavelength of the laser vary differently with the temperature of the device.
  • the emission wavelength of the laser is shifted with respect to the maximum gain of the laser. This implies an increase in the threshold current of the laser and a decrease in the optical power emitted by the laser, which is detrimental for the applications.
  • the gain tends to decrease when the temperature of the device moves away from the nominal operating temperature, which also degrades the optical power.
  • the performance of the modulator is characterized in particular by a curve of evolution of the optical power transmitted by the modulator (extinction curve) at an operating wavelength (for example the length of emission wave of the laser) as a function of a supply voltage of the modulator.
  • the extinction curve also varies with temperature.
  • the extinction curve 202 is steep and configured so that two modulator supply voltages, for example 0 V and -IV, make it possible to switch between two states of the modulator corresponding to two levels different absorption levels: a state allowing light to pass at the operating wavelength (on state, low absorption by the modulator) and a state allowing little light to pass through at the operating wavelength (blocking state, strong absorption by the modulator).
  • two modulator supply voltages for example 0 V and -IV
  • the modulator may absorb too much of the light it receives from the laser in the on-state, which reduces the output power of the LME (as shown by curve 204), or not absorbing enough light in the blocking state (as shown by curve 206), which means using a higher supply voltage (e.g. -2V instead of -IV) and therefore greater energy consumption.
  • a higher supply voltage e.g. -2V instead of -IV
  • the aforementioned optical devices are therefore generally integrated into a cooled light emission system in which they are combined with a temperature regulation system (for example a Peltier effect thermoelectric system) capable of heating and cooling the laser parts and/or or modulators of the devices and ensuring that they are maintained at the nominal temperature.
  • a temperature regulation system for example a Peltier effect thermoelectric system
  • a chosen nominal temperature is often around 45° C. because such a temperature is in the middle of a usual range of temperature variations to which the environment of the device is subjected.
  • temperature control is a major contributor to overall power consumption.
  • the cooling function consumes a lot of energy when the desired temperature variation is high, which is often the case in installations containing a large number of electrically powered devices.
  • uncooled systems systems without a temperature cooling function, called uncooled systems in the present description, are preferred for applications such as access networks which must be low cost, or data centers which consume a lot of power. of energy.
  • This solution makes it possible, for example, to achieve operation of the laser part of an optical device up to 80°C with sufficient gain.
  • the technique does not solve the problem of variation in the emission wavelength of the laser part with respect to the gain curve, which nevertheless degrades the emission power of the laser during a temperature variation.
  • the active zone which constitutes the MEA is optimized to form a vertical structure with multi-quantum wells making it possible to obtain a very steep extinction curve of the MEA, so that the modulation performances remain correct despite the variations of temperature.
  • This solution makes it possible to achieve good performance in the temperature range 20-70°C; nevertheless, at high temperature, the absorption of the modulator becomes too high and at low temperature the modulation voltage of the MEA must be increased to obtain satisfactory switching.
  • An objective of the present description is to propose a new uncooled light emission system allowing to solve the problems of the state of the art.
  • the term "about” or “substantially” is synonymous with (means the same as) a lower and/or upper margin of 10%, for example 5%, of the respective value.
  • an uncooled light emission system comprising:
  • a light-emitting device comprising: at least a first set of layers made of semiconductor materials configured to form at least a first active zone capable of emitting light, said first active zone being optimized to operate at a nominal temperature ; and a heater, extending at least along said first active area, and located at a predetermined maximum distance from said first active area, said heater being configured to produce, in operation, a heating of said first active area;
  • the maximum distance between the active zone and the heater is a distance less than or equal to 100 micrometers, for example a distance less than or equal to 100 micrometers over at least 70% of the length of the first zone active.
  • the maximum distance between the active zone and the heater is a distance between about 5 micrometers and about 100 micrometers, preferably between about 5 micrometers and about 20 micrometers, for example over at least 70% of the length of the first active area.
  • Such a distance allows the heater to be able to effectively heat the first active zone while leaving sufficient space between a contact electrode of the laser and the heater to prevent electrical conduction between these two components.
  • the temperature of the device is understood as being the average temperature of the device; this temperature can be considered as substantially equal to the temperature of the active zone(s) of the device, also called the junction temperature of the device by those skilled in the art.
  • the device temperature rating is the device temperature for which the device was optimized during manufacture to perform optimally, i.e. the device temperature for which the device emits the highest optical power. This temperature is usually indicated by the manufacturer.
  • the temperature of the device In the absence of heating of the active zone or zones by the heater, the temperature of the device is close to a temperature outside the device, that is to say a temperature of an environment in which the device is placed, or substantially higher due to the heating of the device during its operation.
  • the temperature of the device is subject to variations in the outside temperature and can deviate from the nominal operating temperature, which degrades the performance of the device.
  • the setpoint temperature is a temperature selected so that the device has an operation approaching optimal operation when the heater is in operation, that is to say a temperature of the device closer to the nominal temperature than the temperature of the device which would be obtained if the device did not have a heater, or that the heater was not in operation.
  • said setpoint temperature is approximately equal to the nominal operating temperature of the device.
  • the nominal operating temperature is approximately equal to an estimated maximum value of the temperature of the environment. Indeed, Heating of the active zone(s) maintains the device at the nominal operating temperature and the variations in performance of the device during variations in the outside temperature are cancelled.
  • the device's emission wavelength during variations in the outside temperature remains stable, which makes it possible to use telecommunications channels that are narrower in terms of wavelength in order to increase the overall throughput of an optical telecommunications network.
  • said setpoint temperature is strictly lower than said nominal operating temperature of the device. This makes it possible to limit the range of variation of the temperature of the device with respect to the range of variation of the outside temperature and to reduce the electrical overconsumption of the heater because the range of outside temperature for which the heater is in operation is restricted. This improves the performance of the device compared to a device of the prior art while reducing the electrical overconsumption of the heater.
  • the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor.
  • the temperature sensor is in thermal contact with said at least one first active zone of the device.
  • the senor makes it possible to precisely measure the temperature of the device.
  • the sensor can for example be arranged on the same base as the light-emitting device.
  • the temperature sensor is thermally insulated from said at least one first active zone of the device. The sensor then measures the outside temperature.
  • the measurement of the outside temperature thus makes it possible to estimate the temperature of the device and to determine whether it is useful to put the heater on. working.
  • the temperature sensor can for example be placed in the same box as the device, but at a sufficiently large distance from the device so that the heating produced by the heater does not influence the temperature measurement by the temperature sensor.
  • the senor can be physically separated from the device by a thermally insulating material so that the heating produced by the heater does not influence the temperature measurement by the temperature sensor.
  • the thermal insulation is typically sufficient if the sensor is not heated by more than 5°C due to heating of the heater.
  • the control unit determines an electrical power to be supplied to the heater so that the heating produced by the heater raises the temperature of the device to the set temperature.
  • the means for determining the temperature of the device comprise a device for measuring the wavelength (or the frequency) of the light emitted by the light-emitting device.
  • the measurement of said wavelength makes it possible to determine the temperature of the device and to deduce therefrom whether it is useful for the heater be put into operation. For this, the temperature of the device deduced from the wavelength measurement is compared to the value of the set temperature and, if the temperature of the device is strictly lower than the set temperature, the heater is put into operation.
  • said first set of layers made of semiconductor materials is configured to form, in addition, a second zone active capable of receiving and modulating the light emitted by said first active zone, said second active zone being optimized to operate at said nominal temperature; and said heater further extends along said second active area and is disposed at said maximum distance from said second active area, said heater being further configured to produce heating of said second active area.
  • the device may comprise a second set of layers of semiconductor material to form a second active zone capable of receiving and modulating the light emitted by said first active zone, said second active zone being optimized to operate at said rated temperature, and the heater further extends along said second active area and is disposed at said maximum distance from said second active area, said heater being further configured to produce heating of said second active area .
  • Said second set of layers made of semiconductor materials is arranged so as to be able to receive the light emitted by the first set of layers made of semiconductor materials.
  • the arrangement of the first and second sets of layers in semiconductor materials can be, for example, manufactured using the “butt-joint” technique, that is to say that the first and second sets of layers made of semiconductor materials are arranged end to end, with their active areas aligned relative to each other and in contact according to a technique known to those skilled in the art.
  • said second active zone forms an electro-absorption modulator.
  • said first active zone constitutes a distributed Bragg grating laser.
  • the heater comprises a metal strip placed on an outer layer of said set of layers made of semiconductor materials.
  • the metal strip allows the active zone(s) of the device to be heated, for example by the Joule effect.
  • the heater is made in layers of the set of layers of semiconductor materials and forms a PN or PIN diode.
  • this PN or PIN diode produces heating in the set of layers made of semiconductor materials, facilitating the heating of the active zone(s) of the device.
  • said heater comprises at least one ground electrically connected with a ground of said set of layers made of semiconductor materials and at least one electrical contact electrically insulated from said ground.
  • said heater is controlled by a current command setpoint.
  • said heater is controlled by a voltage control setpoint.
  • the present description relates to a method for controlling the temperature in an uncooled light-emitting system according to the first aspect, said method comprising:
  • the method further comprises a prior calibration of the control unit, said calibration comprising the establishment of a power-heating characteristic which characterizes the rise in temperature of the device as a function of an electric power supplied to the heater by the control unit to produce a heating.
  • FIG. 1 already described, represents the spectral power of the “laser” part of an example of a light-emitting device according to the state of the art for a temperature varying from 20° C. to 80° C.;
  • FIG. 2 schematically represents a curve of the transmitted power (extinction curve) of the "modulator" part of an example of a light-emitting device according to the state of the art in the case of a use at a nominal temperature, for example 45°C, in the case of a temperature much higher than the nominal temperature, for example 80°C, and in the case of a temperature much lower than the nominal temperature, for example 20 °C.
  • FIG. 3A shows a diagram of an example of a light emitting system according to the present description, in which the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor thermally isolated from the active zone of the emitting device from light ;
  • FIG. 3B shows a diagram of an example of a light emitting system according to the present description, in which the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor in thermal contact with the active zone of the device. light emission;
  • FIG. 4A schematically represents a top view of an example of a light-emitting device, according to the present description, in which the heater comprises a metal strip;
  • FIG. 4B schematically represents a sectional view of the light-emitting device illustrated in FIG. 4A;
  • FIG. 5 schematically represents a sectional view of an example of a light-emitting device according to the present description, in which the heater comprises a PN diode;
  • FIG. 6 schematically represents a top view of an example of a light-emitting device according to the present description comprising two active zones.
  • FIGS. 3A-3B schematically represent uncooled light-emitting systems 100 according to the present description, comprising a light-emitting device 400 with a heater 460, a control unit 600 and means for determining the temperature of the device, comprising for example a temperature sensor 500.
  • the light-emitting device 400 is a device based on semiconductor materials configured to emit light. According to one or more embodiments, the device 400 can perform one or more optical functions, for example, emitting continuous light or emitting modulated light.
  • the light-emitting devices according to the present description are devices comprising semiconductor materials forming one or more active zones allowing the emission of light.
  • the operation of one or more active zones of the device is optimized at a given nominal temperature and the device is provided with a heater so that, when the temperature of the device is below a set temperature, it is heated the active zone(s) of the device to raise the temperature of the device to said setpoint temperature, generally close to the nominal temperature.
  • a "high" nominal temperature that is to say a nominal temperature higher than the nominal temperatures used mainly in the devices according to the state of the art, for example a temperature greater than about 45°C, preferably greater than or equal to about 70°C.
  • the control unit 600 comprises for example an electronic circuit configured to send electrical signals to the light-emitting device 400 in order to control optical functions of the device 400.
  • the control unit 600 can activate or deactivate the emission of light, or the modulation of the light emitted.
  • the control unit 600 is furthermore configured to supply an electric power allowing the activation or not of the heater and heating of the heater producing the rise in temperature of the device up to the setpoint temperature.
  • the device 400 can be fixed on a base 303 configured to allow the connection between the electrodes of the device 400 and the electrical signals emitted by the control unit 600.
  • the device 400 can be fixed on the base 303 by means of a layer of solder which can comprise, for example, a Gold-Tin alloy.
  • the base 303 can comprise Aluminum Nitride (AIN) or Silicon and has dimensions of a few mm 2 (for example between around 4 mm 2 and around 2 mm 2 ).
  • the uncooled light emission system 100 can include an optical box 301 (for example of the TOSA type after the English acronym for “Transmit Optical SubAssembly”) comprising for example the base 303 on which the device is arranged. 400 and, optionally, the temperature sensor 500, the box being configured to allow optical coupling of the optical signal (light) emitted by the device 400 with optical components (not shown), for example optical fibers.
  • the control unit 600 is arranged outside the box.
  • the heater 460 is configured to be put into operation when the temperature of the device is strictly lower than a set temperature, for example between approximately 40° C. and approximately 85° C. for a nominal temperature of between approximately 60° C. and approximately 85° C., and produce a heating enabling the temperature of the device to be raised to the set temperature.
  • a set temperature for example between approximately 40° C. and approximately 85° C. for a nominal temperature of between approximately 60° C. and approximately 85° C.
  • the means for determining the temperature of the device are configured to estimate or measure the temperature of the device and activate or not activate heating of the heater.
  • the means for determining the temperature of the device can comprise a sensor 500 enabling temperature measurement, for example a thermistor.
  • the means comprise a temperature sensor 500 arranged in the optical box 301 but thermally insulated from the device 400, and more precisely from the active zone of the device.
  • the temperature sensor is not fixed on the base 303 to avoid thermal contact with the device 400.
  • the sensor therefore measures the temperature of the environment in which the box 301 is placed, i.e. say the outside temperature.
  • the temperature of the device is substantially equal to the outside temperature and the temperature sensor 500 makes it possible to estimate the temperature of the device.
  • the temperature of the device can be evaluated from the prior calibration for determining the characteristic power injected into the heater - heating of the device.
  • the means may comprise a temperature sensor placed directly on the base 303 and in thermal contact with the active zone(s) of the device to allow precise measurement of the temperature of the device.
  • the means 500 for determining the temperature of the device can comprise a device (not shown in the figures) which measures the wavelength emitted by the device and gives an output estimate of the temperature of the device. device from said measure the wavelength.
  • a prior calibration of the device can be carried out to establish the electrical power that the control unit will supply to the heater so that the heating of the heater can increase the temperature of the device to the value of the setpoint temperature.
  • Calibration can be performed by determining a power-heating characteristic that characterizes the rise in temperature of the device as a function of the electrical power supplied to the heater by the control unit.
  • the characteristic can for example be obtained by measuring the temperature variations of the device as a function of the electrical power supplied to the heater by the control unit. To do this, it is possible to proceed by injecting several current values I into the heater with the control unit and by measuring, for each, Intension U at the terminals of the heater as well as the wavelength emitted by the device in order to to deduce therefrom a coefficient a characterizing the variation of the wavelength X with the electrical power supplied by the control unit UI (the coefficient a being able to be expressed in nm/W).
  • the coefficient a and a coefficient of variation of the wavelength emitted with the temperature of the device for example equal to 0.09nm/°C
  • a temperature sensor is in thermal contact with the active zone(s)
  • the nominal temperature is greater than approximately 45° C., preferably greater than or equal to 70° C., and it is possible to choose a setpoint temperature approximately equal to said nominal temperature.
  • the heater produces a temperature rise of approximately 50° C. to regain the nominal operating temperature of 70° C. and restore the nominal operating performance of the device 400 according to the present description.
  • the applicants have observed that, when the setpoint temperature is chosen approximately equal to the nominal operating temperature of the device 400, the heating produced by the heater 460 according to the above methods makes it possible to improve the performance of the device 400 by limiting the variations in the wavelength and the power emitted by the device 400 with respect to operation at nominal temperature.
  • maintaining the emission wavelength of the device during outside temperature variation makes it possible to use telecommunications channels that are narrower in terms of wavelength and therefore to increase the overall throughput of a communication network. tel ecommunications .
  • the compensation for the temperature variation of the device 400 is then only partial but is sufficient to improve the performance of the device 400 compared to a device according to the state of the art and also makes it possible to reduce the electrical consumption of the heater 460 (and therefore of the device 400), which is advantageous for the applications described above.
  • a setpoint temperature it is possible to choose a setpoint temperature to select the temperature range of the device on which the heater 460 is in operation and therefore to choose the desired maximum electrical consumption. For example, in the case of a range of variation of the outside temperature between 20°C and 70°C, and for a device having a nominal temperature equal to 70°C, it is possible in a first operating mode, to choose a setpoint temperature approximately equal to the nominal temperature, that is to say approximately equal to 70° C., thus the heater 460 is in operation over the entire outside temperature range (between 20° C. and 70° C.).
  • the heater 460 consumes a maximum of approximately 1W, because it must in particular produce a heating of the active zone of 50°C when the outside temperature is 20°C. .
  • the chosen setpoint temperature is equal to 40° C. (that is to say strictly lower than the nominal temperature)
  • the temperature range of the device over which the heater 460 is in operation is reduced to an outside temperature range between 20°C and 40°C.
  • the heater then only consumes a maximum of approximately 400 mW because it is, at most, necessary to produce a heating of the active zone of only 20° C. to reach 40° C., when the outside temperature is at 20° C.
  • FIGS. 4A-4B show a first example of a light-emitting device 400 according to the present description in a top view (FIG. 4A) and in a section perpendicular to the direction of propagation of the light in the device (FIG. 4B) .
  • the device 400 is an LC or LMD type device comprising a laser part but no part capable of modulating the light emitted by the laser part (such as, for example, an MEA).
  • the device 400 comprises a set of layers of semiconductor materials 403, said set of layers forming in particular an active zone 401 configured for the emission of light.
  • the set of layers of semiconductor materials 403 comprises a lower layer 413, a layer 423 in which the active zone 401 is formed and an upper layer 404 opposite the lower layer with respect to layer 423.
  • the set of layers of semiconductor materials 403 can form, for example, a PIN junction type structure with P-doped or N-doped semiconductor materials and an active area 401 configured to emit light.
  • the light emitted by the active area 401 is guided along the active area by index contrast with the layer 423 which can comprise materials different from the materials of the upper layer 404, such as for example semi-insulating material (InP doped with iron for example), or materials identical to layer 404 (InP doped P).
  • said set of layers of semiconductor materials 403 which notably form said active zone 401 allowing light to be emitted.
  • the laser is electrically powered in this example via two electrodes, one being the electrical contact electrode 407 for powering the laser and the other being the electrical ground of the device, for example the lower layer 413, opposite the contact 407 with respect to layer 423
  • the device 400 further comprises a heater 460 configured to heat the active zone 401 and allow the temperature of the device to be raised to the setpoint temperature, according to the operating modes described for example above.
  • the heater 460 is arranged along the active area 401, for example at a distance at most equal to about 100 micrometers over more than about 70% of the length of the active area 401.
  • the applicants have observed that by placing the heater all along the active area 401 of the device, it is possible to maintain a uniform temperature over the entire length of the active area 401 in order, in particular, to maintain a constant refractive index. in the active area 401.
  • a constant refractive index makes it possible in particular to maintain a stable laser emission length for the device.
  • the applicants have observed that the optimum distance between the heater 460 and the active zone 401 results from a compromise. A distance is sought that is as small as possible to optimize the efficiency of heating of the active layer 401 but sufficient to avoid electrical contact between the heater 460 and the electrode 407. The applicants have observed that a distance of between approximately 5 micrometers and 100 micrometers between the heater and the active zone 401 can satisfy said compromise.
  • the heater 460 can be manufactured using different technologies.
  • the heater 460 is for example a surface metal strip arranged on the set of layers of semiconductor materials 403, for example of Ni-Cr, with two electrical contact points 421, 422 at each end of the heater 460.
  • the two electrical contact points 421, 422 are configured to receive an electrical voltage or current command used to control the heater 460, by means of a control unit (see FIG. 3 A, 3B), not shown on the FIGs. 4A, 4B.
  • the electrical control makes it possible in particular to activate the production of heating by the Joule effect due to the electrical resistance of the metal strip.
  • the heater can also be put into operation by supplying voltage via the electrical contact zone 422, the electrical contact 421 being connected to the electrical ground of the component.
  • the heater forms a diode 504 which is made in the assembly 403 of layers of semiconductor materials, for example a diode of the PN or PIN type, parallel to the waveguide formed by the active zone 401 and made in the layers of semiconductor materials of the device.
  • the diode consumes electrical power when an electrical current or voltage is injected into it.
  • the diode is made to preferentially emit very few or no photons, so that the electrical consumption results in self-heating by the Joule effect, thus making it possible to heat the active area 401 located nearby.
  • the diode is in this example electrically supplied via two electrodes, a surface electrode 507 arranged on the same side of the set of layers of semiconductor materials 403 as said contact electrode 407 and a ground electrode arranged on the opposite side, by example the lower layer 413 of the set 403 of layers of semiconductor materials.
  • the diode 504 has the advantage of being able to produce a heating in depth in the set of layers of semiconductor materials 403. That is to say that unlike a metal strip essentially heating an external surface of the set of layers 403, then by thermal conduction, the active area 401, the PN diode heats the inside of the set of layers 403, and therefore heats the active area 401 more efficiently.
  • FIG. 6 represents a second example of a light-emitting device.
  • the device comprises a set of layers in semiconductor materials 403.
  • the set of layers in semiconductor materials 403 is configured to form in addition to the first active area 401 a second active area 484 configured for receive and modulate the light emitted by the first active area 401.
  • a dotted line 490 is indicated to indicate a boundary between the first active area 401 and the second active area 484.
  • the second active area 484 is electrically powered by two electrodes.
  • One of said electrodes is a modulation contact electrode 480 configured to receive an electrical signal variable in voltage or current controlling the modulation of the light emitted by the first active area 401.
  • the other electrode is the ground of the second active area 484 (not visible in FIG. 6), and can be electrically connected to the ground of the first active zone 401.
  • the device according to the second example can be configured to form a device of the LME type, comprising a first active zone 401 emitting light (laser part) and a second active zone 484 producing a modulation of this light (modulator part).
  • a modulation of the light emitted by the assembly 403 is understood as the modification of a parameter of the light, for example the phase or the amplitude.
  • the heater 460 extends along the first active zone 401 and the second active zone 484 in order to be able to produce, according to the methods presented above, a simultaneous and homogeneous heating of the two active zones 401, 484.
  • the simultaneous heating of the two active zones 401, 484 makes it possible, on the one hand, to limit the variations of the emission wavelength and of the power of the light emitted by the device 400 and, on the other hand, to maintain a satisfactory extinction curve. This therefore allows the device to maintain optimum performance during a variation in outside temperature, in particular in terms of optical power and depth of modulation of this optical power.
  • FIGs. 4A and FIG. 6 to illustrate the positioning of the waveguide 401 and the first and second active zones with respect to the heater 460, the waveguide 401 and the active zones are visible by transparency although they are not arranged on the upper layer of the first set of layers of conductive materials 403, as seen in FIG. 4B.
  • the waveguide 401 is not always visible on a top view of the device 400.
  • the presence and arrangement of the waveguide 401 can however be identified indirectly on a top view of the device by a variation in relief on the visible surface of the device 400.
  • the set of layers in semiconductor materials 403 is optimized to operate advantageously at a high nominal temperature, for example around 70° C.
  • the optimization can include, for example, a choice of particular structures for the active areas 401, 484.
  • said active areas can be configured to produce a strong confinement of the electrons in their conduction band to limit the impact of the device temperature on device performance.
  • Optimization can also be performed by choosing structures comprising materials with an energy bandgap allowing an optimal laser emission gain or extinction curve at high temperature.
  • the set of semiconductor material layers 403 can be configured to form different types of active areas, such as, for example, a distributed Bragg grating.
  • a second active zone can be formed by a second set of layers of semiconductor material (not shown in the figures), arranged so as to be able to receive the light emitted by the first set of layers of semiconductor material.
  • the arrangement of the first and second sets of layers made of semiconductor materials can be, for example, manufactured using the so-called “butt-joint” technique, that is to say that the first and second sets of Semiconductor material layers are arranged end to end, with their active areas aligned relative to each other and in contact according to a technique known to those skilled in the art.
  • the heater also extends along the second active zone formed by said second set of layers of semiconductor material.

Abstract

According to one aspect, the present description relates to an uncooled light-emitting system (100) comprising a light-emitting device (400) comprising at least a first set of layers of semiconductor materials (403) which emits light and is optimised for operation at a nominal temperature; and a heater (460) extending in a first active area (401) and located at a predetermined maximum distance from the first active area (401), the distance being less than or equal to about 100 micrometres, the heater being configured to heat the first active area; means (500) for determining the temperature of the device; and a control unit (600) configured to operate the heater (460) only when the temperature of the device is strictly lower than a predetermined set temperature lower than or equal to the nominal temperature, the heat produced by the heater raising the temperature of the device to about the set temperature value.

Description

Systèmes d’émission de lumière non refroidis Uncooled light emitting systems
Domaine technique de l'invention Technical field of the invention
L'invention concerne des systèmes d’émission de lumière non refroidis, et notamment des systèmes d’émission de lumière non refroidis pour des systèmes de tél écommuni cation . The invention relates to uncooled light emitting systems, in particular uncooled light emitting systems for telecommunications systems.
Etat de la technique State of the art
Les systèmes de télécommunication comprennent en général des dispositifs optiques à semi-conducteurs permettant d’émettre un signal optique qui peut être modulé. Selon la distance sur laquelle le signal optique doit être transporté, ces dispositifs peuvent comprendre : des lasers continus (LC), des lasers à modulation directe (LMD) qui présentent une zone active permettant l’émission d’un signal optique directement modulé et des lasers à modulation externe (LME) comprenant une zone active permettant l’émission d’un signal optique (ci-après « partie laser » ou simplement « laser ») et une zone active permettant la modulation de ce signal optique (ci -après « partie modulateur » ou simplement « modulateur »). Le modulateur d’un LME est par exemple un modulateur à électro -absorption (ME A). Telecommunication systems generally include semiconductor optical devices for transmitting an optical signal that can be modulated. Depending on the distance over which the optical signal must be transported, these devices may include: continuous wave (LC) lasers, direct modulation (LMD) lasers which have an active area allowing the emission of a directly modulated optical signal and externally modulated lasers (LME) comprising an active zone allowing the emission of an optical signal (hereinafter "laser part" or simply "laser") and an active zone allowing the modulation of this optical signal (hereinafter " modulator part" or simply "modulator"). The modulator of an LME is for example an electro-absorption modulator (ME A).
De manière générale, une zone est dite « active » dans un dispositif optique à semi- conducteurs lorsqu’elle est susceptible de générer une modification d’une propriété optique d’un faisceau lumineux lorsqu’il est soumis à une source de courant ou de tension. Une zone active est ainsi par exemple configurée pour l’émission de lumière ou la modulation de lumière. In general, a zone is said to be "active" in an optical semiconductor device when it is capable of generating a modification of an optical property of a light beam when it is subjected to a current source or tension. An active zone is thus, for example, configured for light emission or light modulation.
Le laser d’un LMD ou d’un LME est notamment caractérisé par deux grandeurs, la courbe de gain du laser g(Æ) qui représente le gain du laser en fonction de la longueur d’onde et la longueur d’onde d’émission du laser. Pour une puissance laser de sortie optimale, le laser est optimisé pour un fonctionnement à une température nominale pour laquelle le maximum de la courbe de gain est proche de la longueur d’onde d’émission du laser et a un niveau suffisant pour permettre une puissance de sortie adaptée aux applications. The laser of an LMD or an LME is characterized in particular by two quantities, the laser gain curve g(Æ) which represents the gain of the laser as a function of the wavelength and the wavelength of laser emission. For optimum output laser power, the laser is optimized for operation at a nominal temperature for which the maximum of the gain curve is close to the laser's emission wavelength and has a sufficient level to allow a power output suitable for the applications.
Lorsque le laser est placé dans un environnement soumis à des variations de température, la longueur d’onde correspondant au maximum de gain du laser et la longueur d’onde d’émission du laser varient de façon différente avec la température du dispositif. Ainsi, comme montré sur la FIG. 1, lorsque la température du dispositif s’écarte de la température nominale, la longueur d’onde d’émission du laser se trouve décalée par rapport au maximum de gain du laser. Cela implique une augmentation du courant de seuil du laser et une diminution de la puissance optique émise par le laser, ce qui est néfaste pour les applications. When the laser is placed in an environment subject to temperature variations, the wavelength corresponding to the maximum gain of the laser and the emission wavelength of the laser vary differently with the temperature of the device. Thus, as shown in FIG. 1, when the device temperature deviates from the nominal temperature, the emission wavelength of the laser is shifted with respect to the maximum gain of the laser. This implies an increase in the threshold current of the laser and a decrease in the optical power emitted by the laser, which is detrimental for the applications.
De plus le gain tend à diminuer lorsque la température du dispositif s’éloigne de la température nominale de fonctionnement, ce qui dégrade aussi la puissance optique. Dans le cas d’un LME, les performances du modulateur sont notamment caractérisées par une courbe d’évolution de la puissance optique transmise par le modulateur (courbe d’extinction) à une longueur d’onde de fonctionnement (par exemple la longueur d’onde démission du laser) en fonction d’une tension d’alimentation du modulateur. La courbe d’extinction varie aussi avec la température. Moreover, the gain tends to decrease when the temperature of the device moves away from the nominal operating temperature, which also degrades the optical power. In the case of an LME, the performance of the modulator is characterized in particular by a curve of evolution of the optical power transmitted by the modulator (extinction curve) at an operating wavelength (for example the length of emission wave of the laser) as a function of a supply voltage of the modulator. The extinction curve also varies with temperature.
En particulier, comme illustré sur la FIG. 2, pour une utilisation à une température nominale, la courbe d’extinction 202 est raide et configurée pour que deux tensions d’alimentation du modulateur, par exemple 0 V et -IV, permettent de commuter entre deux états du modulateur correspondant à deux niveaux d’absorption différents : un état laissant passer la lumière à la longueur d’onde de fonctionnement (état passant, faible absorption par le modulateur) et un état laissant peu passer la lumière à la longueur d’onde de fonctionnement (état bloquant, forte absorption par le modulateur). En revanche, pour une température s’écartant de la température nominale, le modulateur peut absorber une trop grande partie de la lumière qu’il reçoit du laser dans l’état passant, ce qui réduit la puissance de sortie du LME (comme montré par la courbe 204), ou ne pas absorber assez de lumière dans l’état bloquant (comme montré par la courbe 206), ce qui implique d’utiliser une tension d’alimentation plus grande (par exemple - 2V au lieu de -IV) et donc une plus grande consommation d’énergie. In particular, as illustrated in FIG. 2, for use at a nominal temperature, the extinction curve 202 is steep and configured so that two modulator supply voltages, for example 0 V and -IV, make it possible to switch between two states of the modulator corresponding to two levels different absorption levels: a state allowing light to pass at the operating wavelength (on state, low absorption by the modulator) and a state allowing little light to pass through at the operating wavelength (blocking state, strong absorption by the modulator). On the other hand, for a temperature deviating from the nominal temperature, the modulator may absorb too much of the light it receives from the laser in the on-state, which reduces the output power of the LME (as shown by curve 204), or not absorbing enough light in the blocking state (as shown by curve 206), which means using a higher supply voltage (e.g. -2V instead of -IV) and therefore greater energy consumption.
Les dispositifs optiques précités sont donc en général intégrés dans un système d’émission de lumière refroidi dans lequel ils sont assortis d’un système de régulation de température (par exemple un système thermoélectrique à effet Peltier) pouvant chauffer et refroidir les parties lasers et/ou modulateurs des dispositifs et assurant qu’elles soient maintenues à la température nominale. En pratique, une température nominale choisie est souvent autour de 45°C car une telle température se trouve au milieu d’une gamme habituelle de variations de température auquel est soumis l’environnement du dispositif. Cependant, dans ces systèmes, la régulation de température contribue fortement à la consommation électrique globale. En particulier la fonction de refroidissement est très consommatrice d’énergie lorsque la variation de température recherchée est élevée, ce qui est souvent le cas dans des installations contenant un grand nombre d’appareil alimentés électriquement. The aforementioned optical devices are therefore generally integrated into a cooled light emission system in which they are combined with a temperature regulation system (for example a Peltier effect thermoelectric system) capable of heating and cooling the laser parts and/or or modulators of the devices and ensuring that they are maintained at the nominal temperature. In practice, a chosen nominal temperature is often around 45° C. because such a temperature is in the middle of a usual range of temperature variations to which the environment of the device is subjected. However, in these systems, temperature control is a major contributor to overall power consumption. In particular, the cooling function consumes a lot of energy when the desired temperature variation is high, which is often the case in installations containing a large number of electrically powered devices.
De ce fait, des systèmes dépourvus d’une fonction de refroidissement en température, appelés systèmes non refroidis dans la présente description, sont préférés pour des applications comme des réseaux d'accès qui doivent être bas coût, ou des centres de données qui consomment beaucoup d’énergie. Therefore, systems without a temperature cooling function, called uncooled systems in the present description, are preferred for applications such as access networks which must be low cost, or data centers which consume a lot of power. of energy.
Dans ces systèmes, on cherche donc à limiter les variations de performances du dispositif d’émission de lumière lorsque le système est placé dans un environnement soumis à des variations typiques de température, par exemple une gamme de température s’étendant entre environ 0°C et environ 85°C pour les LMDs, et entre 20°C et 70°C pour les LMEs. In these systems, it is therefore sought to limit the variations in performance of the light-emitting device when the system is placed in an environment subject to typical temperature variations, for example a temperature range extending between approximately 0° C. and about 85°C for LMDs, and between 20°C and 70°C for LMEs.
Dans l’état de l’art, plusieurs solutions sont proposées pour réduire les problèmes techniques évoqués ci -dessus et obtenir un dispositif émettant un signal optique dont les caractéristiques ne sont pas trop dégradées lors de variations de température, sans pour autant requérir le refroidissement du dispositif. In the state of the art, several solutions are proposed to reduce the technical problems mentioned above and to obtain a device emitting an optical signal whose characteristics are not too degraded during temperature variations, without however requiring cooling. of the device.
Le document N. Sasada étal. [Réf. 1], divulgue une technique pour maintenir le gain d’un laser élevé à haute température qui consiste à optimiser une zone active d’un dispositif d’émission de lumière. Cette solution permet par exemple d’atteindre un fonctionnement de la partie laser d’un dispositif optique jusqu’à 80°C avec un gain suffisant. Cependant la technique ne résout pas le problème de variation de la longueur d’onde d’émission de la partie laser par rapport à la courbe de gain, qui dégrade malgré tout la puissance d’émission du laser lors d’une variation de température. The document N. Sasada et al. [Ref. 1], discloses a technique for maintaining high laser gain at high temperature by optimizing an active area of a light-emitting device. This solution makes it possible, for example, to achieve operation of the laser part of an optical device up to 80°C with sufficient gain. However, the technique does not solve the problem of variation in the emission wavelength of the laser part with respect to the gain curve, which nevertheless degrades the emission power of the laser during a temperature variation.
Le document Y. Nakai et al. [Réf. 2], divulgue une solution pour minimiser les variations de la courbe d’extinction du MEA d’un LME. Dans cette solution, la zone active qui constitue le MEA est optimisée pour former une structure verticale à multi- puits quantiques permettant d’obtenir une courbe d'extinction du MEA très raide, de sorte que les performances de modulation restent correctes malgré les variations de température. Cette solution permet d'atteindre de bonnes performances dans la plage de température 20-70°C ; néanmoins, à température élevée, l’absorption du modulateur devient trop grande et à basse température la tension de modulation du MEA doit être accrue pour obtenir une commutation satisfaisante. The document Y. Nakai et al. [Ref. 2], discloses a solution to minimize variations in the extinction curve of the MEA of an LME. In this solution, the active zone which constitutes the MEA is optimized to form a vertical structure with multi-quantum wells making it possible to obtain a very steep extinction curve of the MEA, so that the modulation performances remain correct despite the variations of temperature. This solution makes it possible to achieve good performance in the temperature range 20-70°C; nevertheless, at high temperature, the absorption of the modulator becomes too high and at low temperature the modulation voltage of the MEA must be increased to obtain satisfactory switching.
Par ailleurs, afin de réduire les variations d’extinction du MEA avec la température, il a été proposé d’implémenter une chaufferette le long d’un MEA optimisé à haute température, comme divulgué dans le document brevet EP 1 281 998. Cependant ce dernier document ne s’intéresse pas au maintien des performances d’un laser lors d’une variation de température. Furthermore, in order to reduce the variations in extinction of the MEA with the temperature, it has been proposed to implement a heater along an optimized MEA at high temperature, as disclosed in the patent document EP 1 281 998. However this last document is not interested in maintaining the performance of a laser during a temperature variation.
Un objectif de la présente description est de proposer un nouveau système d’émission de lumière non refroidi permettant de résoudre les problèmes de l’état de l’art. An objective of the present description is to propose a new uncooled light emission system allowing to solve the problems of the state of the art.
Résumé de l’invention Summary of the invention
Dans la présente description, le terme « comprendre » signifie la même chose que « inclure » ou « contenir », et est inclusif ou ouvert et n’exclut pas d’autres éléments non décrits ou représentés. In this description, the term "include" means the same as "include" or "contain", and is inclusive or open-ended and does not exclude other items not described or shown.
En outre, dans la présente description, le terme « environ » ou « sensiblement » est synonyme de (signifie la même chose que) une marge inférieure et/ou supérieure de 10%, par exemple 5%, de la valeur respective. Furthermore, in the present description, the term "about" or "substantially" is synonymous with (means the same as) a lower and/or upper margin of 10%, for example 5%, of the respective value.
Selon un premier aspect, la présente description concerne un système d’émission de lumière non refroidi comprenant : According to a first aspect, the present description relates to an uncooled light emission system comprising:
- un dispositif d’émission de lumière comprenant : au moins un premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs configuré pour former au moins une première zone active apte à émettre de la lumière, ladite première zone active étant optimisée pour fonctionner à une température nominale ; et une chaufferette, s’étendant au moins le long de ladite première zone active, et située à une distance maximale prédéterminée de ladite première zone active, ladite chaufferette étant configurée pour produire, en fonctionnement, un échauffement de ladite première zone active ; - a light-emitting device comprising: at least a first set of layers made of semiconductor materials configured to form at least a first active zone capable of emitting light, said first active zone being optimized to operate at a nominal temperature ; and a heater, extending at least along said first active area, and located at a predetermined maximum distance from said first active area, said heater being configured to produce, in operation, a heating of said first active area;
- des moyens de détermination de la température du dispositif ; et - Means for determining the temperature of the device; and
- une unité de commande configurée pour mettre en fonctionnement ladite chaufferette uniquement lorsque ladite température du dispositif est strictement inférieure à une température consigne prédéterminée, inférieure ou égale à ladite température nominale, l’échauffement produit par la chaufferette permettant une élévation de la température du dispositif jusqu’à environ la valeur de la température consigne. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la distance maximale entre la zone active et la chaufferette est une distance inférieure ou égale à 100 micromètres, par exemple une distance inférieure ou égale à 100 micromètres sur au moins 70% de la longueur de la première zone active. - a control unit configured to operate said heater only when said temperature of the device is strictly lower than a predetermined setpoint temperature, lower than or equal to said nominal temperature, the heating produced by the heater allowing a rise in the temperature of the device up to approximately the set temperature value. According to one or more exemplary embodiments, the maximum distance between the active zone and the heater is a distance less than or equal to 100 micrometers, for example a distance less than or equal to 100 micrometers over at least 70% of the length of the first zone active.
Selon un ou plusieurs exemples, la distance maximale entre la zone active et la chaufferette est une distance comprise entre environ 5 micromètres et environ 100 micromètres, préférentiellement entre environ 5 micromètres et environ 20 micromètres, par exemple sur au moins 70% de la longueur de la première zone active. According to one or more examples, the maximum distance between the active zone and the heater is a distance between about 5 micrometers and about 100 micrometers, preferably between about 5 micrometers and about 20 micrometers, for example over at least 70% of the length of the first active area.
Une telle distance permet à la chaufferette de pouvoir chauffer efficacement la première zone active tout en laissant un espace suffisant entre une électrode de contact du laser et la chaufferette pour éviter une conduction électrique entre ces deux composants. Such a distance allows the heater to be able to effectively heat the first active zone while leaving sufficient space between a contact electrode of the laser and the heater to prevent electrical conduction between these two components.
Dans la présente description, la température du dispositif est entendue comme étant la température moyenne du dispositif ; cette température peut être considérée comme sensiblement égale à la température de la ou des zones actives du dispositif, aussi appelée température de jonction du dispositif par l’homme du métier. In the present description, the temperature of the device is understood as being the average temperature of the device; this temperature can be considered as substantially equal to the temperature of the active zone(s) of the device, also called the junction temperature of the device by those skilled in the art.
Dans la présente description, la température nominale du dispositif est la température du dispositif pour laquelle le dispositif a été optimisé lors de la fabrication afin de fonctionner de façon optimale, c’est-à-dire la température du dispositif pour laquelle le dispositif émet la puissance optique la plus élevée. Cette température est en général indiquée par le fabricant. In this description, the device temperature rating is the device temperature for which the device was optimized during manufacture to perform optimally, i.e. the device temperature for which the device emits the highest optical power. This temperature is usually indicated by the manufacturer.
En l’absence d’échauffement de la ou des zones actives par la chaufferette, la température du dispositif avoisine une température extérieure au dispositif, c’est-à-dire une température d’un environnement dans lequel est placé le dispositif, ou sensiblement plus haute du fait de l’échauffement du dispositif hé à son fonctionnement. Ainsi, la température du dispositif est sujette aux variations de la température extérieure et peut s’écarter de la température nominale de fonctionnement, ce qui dégrade les performances du dispositif. In the absence of heating of the active zone or zones by the heater, the temperature of the device is close to a temperature outside the device, that is to say a temperature of an environment in which the device is placed, or substantially higher due to the heating of the device during its operation. Thus, the temperature of the device is subject to variations in the outside temperature and can deviate from the nominal operating temperature, which degrades the performance of the device.
La mise en fonctionnement de la chaufferette uniquement lorsque la température du dispositif est strictement inférieure à une température consigne prédéterminée, inférieure ou égale à la température nominale, permet une amélioration des performances du système par rapport à un système de l’art antérieur tout en maintenant une consommation électrique réduite. La température consigne est une température sélectionnée pour que le dispositif ait un fonctionnement se rapprochant du fonctionnement optimal lorsque la chaufferette est en fonctionnement, c’est à dire une température du dispositif plus proche de la température nominale que la température du dispositif qui serait obtenue si le dispositif ne disposait pas de chaufferette, ou que la chaufferette n’était pas en fonctionnement. The operation of the heater only when the temperature of the device is strictly lower than a predetermined setpoint temperature, lower than or equal to the nominal temperature, allows an improvement in the performance of the system compared to a system of the prior art while maintaining reduced power consumption. The setpoint temperature is a temperature selected so that the device has an operation approaching optimal operation when the heater is in operation, that is to say a temperature of the device closer to the nominal temperature than the temperature of the device which would be obtained if the device did not have a heater, or that the heater was not in operation.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite température consigne est environ égale à la température nominale de fonctionnement du dispositif. According to one or more exemplary embodiments, said setpoint temperature is approximately equal to the nominal operating temperature of the device.
Cela est particulièrement avantageux dans le cas où la température nominale de fonctionnement est environ égale à une valeur maximale estimée de la température de l’environnement. En effet, Réchauffement de la ou des zones actives maintient le dispositif à la température nominale de fonctionnement et les variations de performances du dispositif lors de variations de la température extérieure sont annulées. En particulier, la longueur d’onde d’émission du dispositif lors de variations de la température extérieure reste stable, ce qui rend possible l’utilisation de canaux de télécommunications plus resserrés en longueur d’onde afin d’augmenter le débit global d’un réseau de télécommunications optiques. This is particularly advantageous in the case where the nominal operating temperature is approximately equal to an estimated maximum value of the temperature of the environment. Indeed, Heating of the active zone(s) maintains the device at the nominal operating temperature and the variations in performance of the device during variations in the outside temperature are cancelled. In particular, the device's emission wavelength during variations in the outside temperature remains stable, which makes it possible to use telecommunications channels that are narrower in terms of wavelength in order to increase the overall throughput of an optical telecommunications network.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite température consigne est strictement inférieure à ladite température nominale de fonctionnement du dispositif. Cela permet de limiter la gamme de variation de la température du dispositif par rapport à la gamme de variation de la température extérieure et de réduire la surconsommation électrique de la chaufferette car la gamme de température extérieure pour laquelle la chaufferette est en fonctionnement est restreinte. On améliore ainsi les performances du dispositif par rapport à un dispositif de l’art antérieur tout en réduisant la surconsommation électrique de la chaufferette. According to one or more exemplary embodiments, said setpoint temperature is strictly lower than said nominal operating temperature of the device. This makes it possible to limit the range of variation of the temperature of the device with respect to the range of variation of the outside temperature and to reduce the electrical overconsumption of the heater because the range of outside temperature for which the heater is in operation is restricted. This improves the performance of the device compared to a device of the prior art while reducing the electrical overconsumption of the heater.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les moyens de détermination de la température du dispositif comprennent un capteur de température. According to one or more exemplary embodiments, the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor.
Selon un ou plusieurs exemples, le capteur de température est en contact thermique avec ladite au moins une première zone active du dispositif. According to one or more examples, the temperature sensor is in thermal contact with said at least one first active zone of the device.
En vertu de ce contact thermique, le capteur permet de mesurer précisément la température du dispositif. Pour cela, le capteur peut par exemple être disposé sur une même embase que le dispositif d’émission de lumière. Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le capteur de température est isolé thermiquement de ladite au moins une première zone active du dispositif. Le capteur permet alors de mesurer la température extérieure. By virtue of this thermal contact, the sensor makes it possible to precisely measure the temperature of the device. For this, the sensor can for example be arranged on the same base as the light-emitting device. According to one or more exemplary embodiments, the temperature sensor is thermally insulated from said at least one first active zone of the device. The sensor then measures the outside temperature.
Comme la température du dispositif est sensiblement égale à la température extérieure lorsque la chaufferette n’est pas en fonctionnement, la mesure de la température extérieure permet ainsi d’estimer la température du dispositif et de déterminer s’il est utile de mettre la chaufferette en fonctionnement. As the temperature of the device is substantially equal to the outside temperature when the heater is not in operation, the measurement of the outside temperature thus makes it possible to estimate the temperature of the device and to determine whether it is useful to put the heater on. working.
Le capteur de température peut par exemple être placé dans un même boîtier que le dispositif, mais à une distance suffisamment grande du dispositif pour que Réchauffement produit par la chaufferette n’influence pas la mesure de température par le capteur de température. The temperature sensor can for example be placed in the same box as the device, but at a sufficiently large distance from the device so that the heating produced by the heater does not influence the temperature measurement by the temperature sensor.
Dans d’autres exemples de réalisation, le capteur peut être séparé physiquement du dispositif par un matériau thermiquement isolant de sorte que réchauffement produit par la chaufferette n’influence pas la mesure de température par le capteur de température. L’isolation thermique est typiquement suffisante si le capteur n’est pas chauffé de plus de 5°C en raison de réchauffement de la chaufferette. In other exemplary embodiments, the sensor can be physically separated from the device by a thermally insulating material so that the heating produced by the heater does not influence the temperature measurement by the temperature sensor. The thermal insulation is typically sufficient if the sensor is not heated by more than 5°C due to heating of the heater.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, et notamment dans des exemples de réalisation où le capteur de température mesure la température extérieure, il est utile d’effectuer une calibration préalable de l’unité de commande pour déterminer une puissance électrique à fournir à la chaufferette pour que réchauffement produit par la chaufferette élève la température du dispositif jusqu’à la température consigne. According to one or more exemplary embodiments, and in particular in exemplary embodiments where the temperature sensor measures the outside temperature, it is useful to perform a prior calibration of the control unit to determine an electrical power to be supplied to the heater so that the heating produced by the heater raises the temperature of the device to the set temperature.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, les moyens de détermination de la température du dispositif comprennent un dispositif de mesure de la longueur d’onde (ou de la fréquence) de la lumière émise par le dispositif d’émission de lumière. According to one or more exemplary embodiments, the means for determining the temperature of the device comprise a device for measuring the wavelength (or the frequency) of the light emitted by the light-emitting device.
Comme la longueur d’onde émise par le dispositif d’émission de lumière dépend de la température du dispositif, la mesure de ladite longueur d’onde permet de déterminer la température du dispositif et d’en déduire s’il est utile que la chaufferette soit mise en fonctionnement. Pour cela la température du dispositif déduite de la mesure de longueur d’onde est comparée à la valeur de la température consigne et, si la température du dispositif est strictement inférieure à la température consigne, la chaufferette est mise en fonctionnement. As the wavelength emitted by the light-emitting device depends on the temperature of the device, the measurement of said wavelength makes it possible to determine the temperature of the device and to deduce therefrom whether it is useful for the heater be put into operation. For this, the temperature of the device deduced from the wavelength measurement is compared to the value of the set temperature and, if the temperature of the device is strictly lower than the set temperature, the heater is put into operation.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ledit premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs est configuré pour former, en outre, une deuxième zone active apte à recevoir et moduler la lumière émise par ladite première zone active, ladite deuxième zone active étant optimisée pour fonctionner à ladite température nominale ; et ladite chaufferette s’étend en outre le long de ladite deuxième zone active et est disposée à ladite distance maximale de ladite deuxième zone active, ladite chaufferette étant configurée, en outre, pour produire un échauffement de ladite deuxième zone active. According to one or more exemplary embodiments, said first set of layers made of semiconductor materials is configured to form, in addition, a second zone active capable of receiving and modulating the light emitted by said first active zone, said second active zone being optimized to operate at said nominal temperature; and said heater further extends along said second active area and is disposed at said maximum distance from said second active area, said heater being further configured to produce heating of said second active area.
Cela permet de chauffer la première zone active et la deuxième zone active du dispositif pour que la température du dispositif se rapproche de la température nominale de fonctionnement. Cela permet en particulier d’améliorer les performances d’un dispositif d’émission de lumière comprenant à la fois un laser et un modulateur lors d’une variation de température extérieure. This makes it possible to heat the first active zone and the second active zone of the device so that the temperature of the device approaches the nominal operating temperature. This makes it possible in particular to improve the performance of a light-emitting device comprising both a laser and a modulator during an outside temperature variation.
Selon d’autres exemples de réalisation, le dispositif peut comprendre un deuxième ensemble de couches en matériau semi-conducteurs pour former une deuxième zone active apte à recevoir et moduler la lumière émise par ladite première zone active, ladite deuxième zone active étant optimisée pour fonctionner à ladite température nominale, et la chaufferette s’étend en outre le long de ladite deuxième zone active et est disposée à ladite distance maximale de ladite deuxième zone active, ladite chaufferette étant configurée, en outre, pour produire un échauffement de ladite deuxième zone active. Ledit deuxième ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs est disposé de sorte à pouvoir recevoir la lumière émise par le premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs. L’agencement des premier et deuxième ensembles de couches en matériaux semi -conducteurs peut être, par exemple, fabriqué à l’aide de la technique « butt-joint », c’est-à-dire que les premier et deuxième ensembles de couches en matériaux semi-conducteurs sont agencés bout à bout, avec leur zones actives alignées l’une par rapport à l’autre et en contact selon une technique connu de l’homme du métier. According to other exemplary embodiments, the device may comprise a second set of layers of semiconductor material to form a second active zone capable of receiving and modulating the light emitted by said first active zone, said second active zone being optimized to operate at said rated temperature, and the heater further extends along said second active area and is disposed at said maximum distance from said second active area, said heater being further configured to produce heating of said second active area . Said second set of layers made of semiconductor materials is arranged so as to be able to receive the light emitted by the first set of layers made of semiconductor materials. The arrangement of the first and second sets of layers in semiconductor materials can be, for example, manufactured using the “butt-joint” technique, that is to say that the first and second sets of layers made of semiconductor materials are arranged end to end, with their active areas aligned relative to each other and in contact according to a technique known to those skilled in the art.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite deuxième zone active forme un modulateur à électro-absorption. According to one or more exemplary embodiments, said second active zone forms an electro-absorption modulator.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite première zone active constitue un laser à réseau de Bragg distribué. According to one or more exemplary embodiments, said first active zone constitutes a distributed Bragg grating laser.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la chaufferette comprend une bande métallique disposée sur une couche externe dudit ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs. Les déposants ont montré que la bande métallique permet un échauffement de la ou des zones actives du dispositif, par exemple par effet Joule. According to one or more exemplary embodiments, the heater comprises a metal strip placed on an outer layer of said set of layers made of semiconductor materials. The applicants have shown that the metal strip allows the active zone(s) of the device to be heated, for example by the Joule effect.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, la chaufferette est réalisée dans des couches de l’ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs et forme une diode PN ou PIN. According to one or more exemplary embodiments, the heater is made in layers of the set of layers of semiconductor materials and forms a PN or PIN diode.
Les déposants ont montré que cette diode PN ou PIN produit un échauffement dans l’ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs facilitant l’ échauffement de la ou des zones actives du dispositif. The applicants have shown that this PN or PIN diode produces heating in the set of layers made of semiconductor materials, facilitating the heating of the active zone(s) of the device.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite chaufferette comprend au moins une masse reliée électriquement avec une masse dudit ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs et au moins un contact électrique isolé électriquement de ladite masse. According to one or more exemplary embodiments, said heater comprises at least one ground electrically connected with a ground of said set of layers made of semiconductor materials and at least one electrical contact electrically insulated from said ground.
Cela permet de n’avoir qu’une masse commune pour le dispositif, ce qui simplifie la connexion électrique et le pilotage du dispositif This makes it possible to have only one common ground for the device, which simplifies the electrical connection and the control of the device
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite chaufferette est contrôlée par une consigne de commande en courant. According to one or more exemplary embodiments, said heater is controlled by a current command setpoint.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, ladite chaufferette est contrôlée par une consigne de commande en tension. According to one or more exemplary embodiments, said heater is controlled by a voltage control setpoint.
Selon un deuxième aspect, la présente description concerne un procédé de contrôle de la température dans un système d’émission de lumière non -refroidi selon le premier aspect, ledit procédé comprenant : According to a second aspect, the present description relates to a method for controlling the temperature in an uncooled light-emitting system according to the first aspect, said method comprising:
- le choix d’une température consigne inférieure ou égale à ladite température nominale du dispositif ; - the choice of a setpoint temperature lower than or equal to said nominal temperature of the device;
- la détermination de la température du dispositif; - determining the temperature of the device;
- la mise en fonctionnement de la chaufferette par l’unité de commande uniquement lorsque ladite température du dispositif est strictement inférieure à ladite température consigne, l’échauffement produit par la chaufferette permettant une élévation de la température du dispositif jusqu’à environ la valeur de la température consigne. - the operation of the heater by the control unit only when said temperature of the device is strictly lower than said setpoint temperature, the heating produced by the heater allowing a rise in the temperature of the device to approximately the value of the set temperature.
Selon un ou plusieurs exemples de réalisation, le procédé comprend en outre une calibration préalable de l’unité de commande, ladite calibration comprenant l’établissement d’une caractéristique puissance -échauffement qui caractérise l’élévation de la température du dispositif en fonction d’une puissance électrique fournie à la chaufferette par l’unité de commande pour produire un échauffement. Brève description des figures According to one or more exemplary embodiments, the method further comprises a prior calibration of the control unit, said calibration comprising the establishment of a power-heating characteristic which characterizes the rise in temperature of the device as a function of an electric power supplied to the heater by the control unit to produce a heating. Brief description of figures
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description, illustrée par les figures suivantes : Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the description, illustrated by the following figures:
[FIG. 1], déjà décrite, représente la puissance spectrale de la partie « laser » d’un exemple de dispositif d’émission de lumière selon l’état de la technique pour une température variant de 20° C à 80°C ; [FIG. 1], already described, represents the spectral power of the “laser” part of an example of a light-emitting device according to the state of the art for a temperature varying from 20° C. to 80° C.;
[FIG. 2], déjà décrite, représente schématiquement une courbe de la puissance transmise (courbe d’extinction) de la partie « modulateur » d’un exemple de dispositif d’émission de lumière selon l’état de la technique dans le cas d’une utilisation à une température nominale, par exemple 45°C, dans le cas d’une température très supérieure à la température nominale, par exemple 80°C, et dans le cas d’une température très inférieure à la température nominale, par exemple 20°C. [FIG. 2], already described, schematically represents a curve of the transmitted power (extinction curve) of the "modulator" part of an example of a light-emitting device according to the state of the art in the case of a use at a nominal temperature, for example 45°C, in the case of a temperature much higher than the nominal temperature, for example 80°C, and in the case of a temperature much lower than the nominal temperature, for example 20 °C.
[FIG. 3A] représente un schéma d’un exemple d’un système d’émission de lumière selon la présente description, dans lequel les moyens de détermination de la température du dispositif comprennent un capteur de température isolé thermiquement de la zone active du dispositif d’émission de lumière ; [FIG. 3A] shows a diagram of an example of a light emitting system according to the present description, in which the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor thermally isolated from the active zone of the emitting device from light ;
[FIG. 3B] représente un schéma d’un exemple d’un système d’émission de lumière selon la présente description, dans lequel les moyens de détermination de la température du dispositif comprennent un capteur de température en contact thermique avec la zone active du dispositif d’émission de lumière ; [FIG. 3B] shows a diagram of an example of a light emitting system according to the present description, in which the means for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor in thermal contact with the active zone of the device. light emission;
[FIG. 4A] représente schématiquement une vue de dessus d’un exemple de dispositif d’émission de lumière, selon la présente description, dans lequel la chaufferette comprend une bande métallique ; [FIG. 4A] schematically represents a top view of an example of a light-emitting device, according to the present description, in which the heater comprises a metal strip;
[FIG. 4B] représente schématiquement une vue en coupe du dispositif d’émission de lumière illustré sur la FIG. 4A; [FIG. 4B] schematically represents a sectional view of the light-emitting device illustrated in FIG. 4A;
[FIG. 5] représente schématiquement une vue en coupe d’un exemple de dispositif d’émission de lumière selon la présente description, dans lequel la chaufferette comprend une diode PN ; [FIG. 5] schematically represents a sectional view of an example of a light-emitting device according to the present description, in which the heater comprises a PN diode;
[FIG. 6] représente schématiquement une vue de dessus d’un exemple de dispositif d’émission de lumière selon la présente description comprenant deux zones actives.[FIG. 6] schematically represents a top view of an example of a light-emitting device according to the present description comprising two active zones.
Description détaillée de l’invention Detailed description of the invention
Sur les figures, certains éléments ne sont pas représentés à l'échelle pour une meilleure visibilité. Les FIGS. 3A-3B représentent de façon schématique des systèmes 100 d’émission de lumière non-refroidis selon la présente description, comprenant un dispositif 400 d’émission de lumière avec une chaufferette 460, une unité de commande 600 et des moyens de détermination de la température du dispositif, comprenant par exemple un capteur de température 500. In the figures, certain elements are not shown to scale for better visibility. FIGS. 3A-3B schematically represent uncooled light-emitting systems 100 according to the present description, comprising a light-emitting device 400 with a heater 460, a control unit 600 and means for determining the temperature of the device, comprising for example a temperature sensor 500.
Le dispositif 400 d’émission de lumière est un dispositif à base de matériaux semi- conducteurs configuré pour émettre de la lumière. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le dispositif 400 peut effectuer une ou plusieurs fonctions optiques, par exemple, émettre de la lumière continue ou émettre de la lumière modulée. The light-emitting device 400 is a device based on semiconductor materials configured to emit light. According to one or more embodiments, the device 400 can perform one or more optical functions, for example, emitting continuous light or emitting modulated light.
Les dispositifs d’émission de lumière selon la présente description sont des dispositifs comprenant des matériaux semiconducteurs formant une ou plusieurs zones actives permettant l’émission de lumière. The light-emitting devices according to the present description are devices comprising semiconductor materials forming one or more active zones allowing the emission of light.
Selon la présente description, le fonctionnement d’une ou plusieurs zones actives du dispositif est optimisé à une température nominale donnée et le dispositif est muni d’une chaufferette de sorte que, lorsque la température du dispositif est inférieure à une température consigne, on chauffe la ou les zones actives du dispositif pour élever la température du dispositif jusqu’à ladite température consigne, en général proche de la température nominale. According to the present description, the operation of one or more active zones of the device is optimized at a given nominal temperature and the device is provided with a heater so that, when the temperature of the device is below a set temperature, it is heated the active zone(s) of the device to raise the temperature of the device to said setpoint temperature, generally close to the nominal temperature.
En pratique, dans un dispositif d’émission de lumière selon la présente description, on pourra prévoir une température nominale « élevée », c’est-à-dire une température nominale supérieure aux températures nominales utilisées maj oritairement dans les dispositifs selon l’état de l’art, par exemple une température supérieure à environ 45°C, préférentiellement supérieure ou égale à environ 70°C. In practice, in a light-emitting device according to the present description, it is possible to provide a "high" nominal temperature, that is to say a nominal temperature higher than the nominal temperatures used mainly in the devices according to the state of the art, for example a temperature greater than about 45°C, preferably greater than or equal to about 70°C.
L’unité de commande 600 comprend par exemple un circuit électronique configuré pour envoyer des signaux électriques au dispositif 400 d’émission de lumière afin de contrôler des fonctions optiques du dispositif 400. En particulier, l’unité de commande 600 peut activer ou désactiver l’émission de lumière, ou la modulation de la lumière émise. The control unit 600 comprises for example an electronic circuit configured to send electrical signals to the light-emitting device 400 in order to control optical functions of the device 400. In particular, the control unit 600 can activate or deactivate the emission of light, or the modulation of the light emitted.
L’unité de commande 600 est en outre configurée pour fournir une puissance électrique permettant l’activation ou non de la chaufferette et réchauffement de la chaufferette produisant l’élévation de température du dispositif jusqu’à la température consigne. Le dispositif 400 peut être fixé sur une embase 303 configurée pour permettre la connexion entre des électrodes du dispositif 400 et les signaux électriques émis par l’unité de commande 600. The control unit 600 is furthermore configured to supply an electric power allowing the activation or not of the heater and heating of the heater producing the rise in temperature of the device up to the setpoint temperature. The device 400 can be fixed on a base 303 configured to allow the connection between the electrodes of the device 400 and the electrical signals emitted by the control unit 600.
Le dispositif 400 peut être fixé sur l’embase 303 au moyen d’une couche de soudure qui peut comprendre, par exemple, un alliage Or-Etain. The device 400 can be fixed on the base 303 by means of a layer of solder which can comprise, for example, a Gold-Tin alloy.
L’embase 303 peut comprendre du Nitrure d’Aluminium (AIN) ou du Silicium et a des dimensions de quelques mm2 (par exemple entre environ 4 mm2 et environ 2 mm2). Le système 100 d’émission de lumière non-refroidi peut inclure un boîtier optique 301 (par exemple de type TOSA d’après l’acronyme anglais de « Transmit Optical SubAssembly ») comprenant par exemple l’embase 303 sur laquelle est agencé le dispositif 400 et, optionnellement, le capteur de température 500, le boitier étant configuré pour permettre le couplage optique du signal optique (la lumière) émis par le dispositif 400 avec des composants optiques (non représentés), par exemple des fibres optiques. L’unité de commande 600 est agencée à l’extérieur du boitier. The base 303 can comprise Aluminum Nitride (AIN) or Silicon and has dimensions of a few mm 2 (for example between around 4 mm 2 and around 2 mm 2 ). The uncooled light emission system 100 can include an optical box 301 (for example of the TOSA type after the English acronym for “Transmit Optical SubAssembly”) comprising for example the base 303 on which the device is arranged. 400 and, optionally, the temperature sensor 500, the box being configured to allow optical coupling of the optical signal (light) emitted by the device 400 with optical components (not shown), for example optical fibers. The control unit 600 is arranged outside the box.
De façon générale, la chaufferette 460 est configurée pour être mise en fonctionnement lorsque la température du dispositif est strictement inférieure à une température consigne, par exemple entre environ 40°C et environ 85°C pour une température nominale comprise entre environ 60°C et environ 85°C, et produire un échauffement permettant d’élever la température du dispositif jusqu’à la température consigne. In general, the heater 460 is configured to be put into operation when the temperature of the device is strictly lower than a set temperature, for example between approximately 40° C. and approximately 85° C. for a nominal temperature of between approximately 60° C. and approximately 85° C., and produce a heating enabling the temperature of the device to be raised to the set temperature.
Les moyens de détermination de la température du dispositif sont configurés pour estimer ou mesurer la température du dispositif et activer ou non réchauffement de la chaufferette. The means for determining the temperature of the device are configured to estimate or measure the temperature of the device and activate or not activate heating of the heater.
Les moyens de détermination de la température du dispositif peuvent comprendre un capteur 500 permettant une mesure de température, par exemple une thermistance. Dans certains modes de réalisations, dont un exemple est illustré sur la FIG. 3A, les moyens comprennent un capteur 500 de température agencé dans le boîtier optique 301 mais thermiquement isolé du dispositif 400, et plus précisément de la zone active du dispositif. En particulier, le capteur de température n’est pas fixé sur l’embase 303 pour éviter un contact thermique avec le dispositif 400. Le capteur mesure donc la température de l’environnement dans lequel est placé le boîtier 301, c’est-à-dire la température extérieure. En l’absence de chauffage par la chaufferette, la température du dispositif est sensiblement égale à la température extérieure et le capteur de température 500 permet d’estimer la température du dispositif. Lorsque la chaufferette est en fonctionnement et chauffe le dispositif, la température du dispositif peut être évaluée à partir de la calibration préalable de détermination de la caractéristique puissance injectée dans la chaufferette - échauffement du dispositif. The means for determining the temperature of the device can comprise a sensor 500 enabling temperature measurement, for example a thermistor. In certain embodiments, an example of which is shown in FIG. 3A, the means comprise a temperature sensor 500 arranged in the optical box 301 but thermally insulated from the device 400, and more precisely from the active zone of the device. In particular, the temperature sensor is not fixed on the base 303 to avoid thermal contact with the device 400. The sensor therefore measures the temperature of the environment in which the box 301 is placed, i.e. say the outside temperature. In the absence of heating by the heater, the temperature of the device is substantially equal to the outside temperature and the temperature sensor 500 makes it possible to estimate the temperature of the device. When the heater is on operation and heats the device, the temperature of the device can be evaluated from the prior calibration for determining the characteristic power injected into the heater - heating of the device.
Dans certains modes de réalisation, dont un exemple est illustré sur la FIG. 3B, les moyens peuvent comprendre un capteur de température placé directement sur l’embase 303 et en contact thermique avec la ou les zones actives du dispositif pour permettre la mesure précise de la température du dispositif. In certain embodiments, an example of which is illustrated in FIG. 3B, the means may comprise a temperature sensor placed directly on the base 303 and in thermal contact with the active zone(s) of the device to allow precise measurement of the temperature of the device.
Dans d’autres mode de réalisation, les moyens 500 de détermination de la température du dispositif peuvent comprendre un dispositif (non représenté sur les figures) qui mesure la longueur d’onde émise par le dispositif et donne en sortie une estimation de la température du dispositif à partir de ladite mesure la longueur d’onde. In other embodiments, the means 500 for determining the temperature of the device can comprise a device (not shown in the figures) which measures the wavelength emitted by the device and gives an output estimate of the temperature of the device. device from said measure the wavelength.
Dans des modes de réalisation du dispositif où les moyens de détermination comprennent un capteur de température isolée thermiquement de la ou les zones actives du dispositif, une calibration préalable du dispositif peut être effectuée pour établir la puissance électrique que l’unité de commande va fournir à la chaufferette pour que l ’échauffement de la chaufferette puisse augmenter la température du dispositif jusqu’à la valeur de la température consigne. In embodiments of the device where the determining means comprise a temperature sensor thermally insulated from the active zone or zones of the device, a prior calibration of the device can be carried out to establish the electrical power that the control unit will supply to the heater so that the heating of the heater can increase the temperature of the device to the value of the setpoint temperature.
La calibration peut être effectuée en déterminant une caractéristique puissance- échauffement qui caractérise l’élévation de la température du dispositif en fonction de la puissance électrique fournie à la chaufferette par l’unité de commande. Calibration can be performed by determining a power-heating characteristic that characterizes the rise in temperature of the device as a function of the electrical power supplied to the heater by the control unit.
La caractéristique peut par exemple être obtenue en mesurant les variations de température du dispositif en fonction de la puissance électrique fournie à la chaufferette par l’unité de commande. Pour cela, il est possible de procéder en injectant plusieurs valeurs de courant I dans la chaufferette avec l’unité de commande et en mesurant, pour chacune, Intension U aux bornes de la chaufferette ainsi que la longueur d’onde émise par le dispositif afin d’en déduire un coefficient a caractérisant la variation de la longueur d’onde X avec la puissance électrique fournie par l’unité de commande UI (le coefficient a pouvant s’exprimer en nm/W). Ainsi, en utilisant le coefficient a et un coefficient de variation de la longueur d’onde émise avec la température du dispositif (par exemple égale à 0.09nm/°C), il est possible de calculer l’élévation de température du dispositif en °C en fonction de la puissance électrique fournie par l’unité de commande (en W), et d’obtenir la caractéristique de l’ échauffement contrôlé par l’unité de commande en °C/W. Dans le cas notamment où l’on dispose d’un capteur de température en contact thermique avec la ou les zone(s) active(s), il est possible de procéder sans calibration préalable, en mesurant directement les variations de la température du dispositif en fonction de la puissance fournie à la chaufferette par l’unité de commande. The characteristic can for example be obtained by measuring the temperature variations of the device as a function of the electrical power supplied to the heater by the control unit. To do this, it is possible to proceed by injecting several current values I into the heater with the control unit and by measuring, for each, Intension U at the terminals of the heater as well as the wavelength emitted by the device in order to to deduce therefrom a coefficient a characterizing the variation of the wavelength X with the electrical power supplied by the control unit UI (the coefficient a being able to be expressed in nm/W). Thus, by using the coefficient a and a coefficient of variation of the wavelength emitted with the temperature of the device (for example equal to 0.09nm/°C), it is possible to calculate the temperature rise of the device in ° C as a function of the electrical power supplied by the control unit (in W), and to obtain the temperature rise characteristic controlled by the control unit in °C/W. In the case in particular where a temperature sensor is in thermal contact with the active zone(s), it is possible to proceed without prior calibration, by directly measuring the variations in the temperature of the device depending on the power supplied to the heater by the control unit.
Selon un ou plusieurs exemples, la température nominale est supérieure à environ 45°C, préférentiellement supérieure ou égale à 70°C, et il est possible de choisir une température consigne environ égale à ladite température nominale. According to one or more examples, the nominal temperature is greater than approximately 45° C., preferably greater than or equal to 70° C., and it is possible to choose a setpoint temperature approximately equal to said nominal temperature.
Ainsi, dans le cas par exemple d’une température nominale égale à 70° et d’une variation de la température du dispositif de 70°C à 20°C, due à une utilisation dans un environnement froid, la chaufferette produit un échauffement d’environ 50°C pour retrouver la température nominale de fonctionnement de 70°C et restituer les performances de fonctionnement nominales du dispositif 400 selon la présente description. Thus, in the case for example of a nominal temperature equal to 70° and a variation in the temperature of the device from 70° C. to 20° C., due to use in a cold environment, the heater produces a temperature rise of approximately 50° C. to regain the nominal operating temperature of 70° C. and restore the nominal operating performance of the device 400 according to the present description.
Les déposants ont observé que, lorsque la température consigne est choisie environ égale à la température nominale de fonctionnement du dispositif 400, Réchauffement produit par la chaufferette 460 selon les modalités ci-dessus permet d’améliorer les performances du dispositif 400 en limitant les variations de la longueur d’onde et de la puissance émise par le dispositif 400 par rapport au fonctionnement à température nominale. The applicants have observed that, when the setpoint temperature is chosen approximately equal to the nominal operating temperature of the device 400, the heating produced by the heater 460 according to the above methods makes it possible to improve the performance of the device 400 by limiting the variations in the wavelength and the power emitted by the device 400 with respect to operation at nominal temperature.
En particulier, un maintien de la longueur d’onde d’émission du dispositif lors de variation de température extérieure permet d’utiliser des canaux de télécommunications plus resserrés en longueur d’onde et donc d’augmenter le débit global d’un réseau de tél écommuni cations . In particular, maintaining the emission wavelength of the device during outside temperature variation makes it possible to use telecommunications channels that are narrower in terms of wavelength and therefore to increase the overall throughput of a communication network. tel ecommunications .
De façon alternative, les déposants ont montré qu’il est possible de choisir une température consigne strictement inférieure à la température nominale. Alternatively, the applicants have shown that it is possible to choose a set temperature strictly lower than the nominal temperature.
La compensation de la variation de température du dispositif 400 n’est alors que partielle mais suffit à améliorer les performances du dispositif 400 par rapport à un dispositif selon l’état de la technique et permet par ailleurs de réduire la consommation électrique de la chaufferette 460 (et donc du dispositif 400), ce qui est avantageux pour les applications décrites ci-dessus. The compensation for the temperature variation of the device 400 is then only partial but is sufficient to improve the performance of the device 400 compared to a device according to the state of the art and also makes it possible to reduce the electrical consumption of the heater 460 (and therefore of the device 400), which is advantageous for the applications described above.
Il est ainsi possible de choisir une température consigne pour sélectionner la gamme de température du dispositif sur laquelle la chaufferette 460 est en fonctionnement et donc de choisir la consommation électrique maximale désirée. Par exemple, dans le cas d’une gamme de variation de la température extérieure entre 20°C et 70°C, et pour un dispositif ayant une température nominale égale à 70°C, il est possible dans un premier mode de fonctionnement, de choisir une température consigne environ égale à la température nominale, c’est-à-dire environ égale à 70°C, ainsi la chaufferette 460 est en fonctionnement sur toute la gamme de température extérieure (entre 20°C et 70°C). Par exemple pour une efficacité de 50°C/W de la chaufferette 460, celle-ci consomme au maximum environ 1W, car elle doit en particulier produire un échauffement de la zone active de 50°C lorsque la température extérieure est de 20°C. Dans un deuxième mode de fonctionnement, si la température consigne choisie est égale à 40°C (c’est-à-dire strictement inférieure à la température nominale), alors la gamme de température du dispositif sur laquelle la chaufferette 460 est en fonctionnement est réduite à une gamme de température extérieure entre 20°C et 40°C. La chaufferette ne consomme alors au maximum qu’ environ 400 mW car il est, au maximum, nécessaire de produire un échauffement de la zone active de seulement 20°C pour atteindre 40°C, lorsque la température extérieure est à 20°C. It is thus possible to choose a setpoint temperature to select the temperature range of the device on which the heater 460 is in operation and therefore to choose the desired maximum electrical consumption. For example, in the case of a range of variation of the outside temperature between 20°C and 70°C, and for a device having a nominal temperature equal to 70°C, it is possible in a first operating mode, to choose a setpoint temperature approximately equal to the nominal temperature, that is to say approximately equal to 70° C., thus the heater 460 is in operation over the entire outside temperature range (between 20° C. and 70° C.). For example, for an efficiency of 50°C/W of the heater 460, it consumes a maximum of approximately 1W, because it must in particular produce a heating of the active zone of 50°C when the outside temperature is 20°C. . In a second mode of operation, if the chosen setpoint temperature is equal to 40° C. (that is to say strictly lower than the nominal temperature), then the temperature range of the device over which the heater 460 is in operation is reduced to an outside temperature range between 20°C and 40°C. The heater then only consumes a maximum of approximately 400 mW because it is, at most, necessary to produce a heating of the active zone of only 20° C. to reach 40° C., when the outside temperature is at 20° C.
Les FIGS. 4A-4B représentent un premier exemple de dispositif 400 d’émission de lumière selon la présente description dans une vue de dessus (FIG. 4A) et dans une section perpendiculaire à la direction de propagation de la lumière dans le dispositif (FIG. 4B). FIGS. 4A-4B show a first example of a light-emitting device 400 according to the present description in a top view (FIG. 4A) and in a section perpendicular to the direction of propagation of the light in the device (FIG. 4B) .
Selon les exemples illustrés sur les FIGS. 4A-4B, le dispositif 400 est un dispositif de type LC ou LMD comprenant une partie laser mais pas de partie pouvant moduler la lumière émise par la partie laser (comme, par exemple, un MEA). According to the examples illustrated in FIGS. 4A-4B, the device 400 is an LC or LMD type device comprising a laser part but no part capable of modulating the light emitted by the laser part (such as, for example, an MEA).
De façon générale, le dispositif 400 comprend un ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs 403, ledit ensemble de couches formant notamment une zone active 401 configurée pour l’émission de lumière. In general, the device 400 comprises a set of layers of semiconductor materials 403, said set of layers forming in particular an active zone 401 configured for the emission of light.
Comme représenté sur la FIG. 4B, l’ensemble de couches en matériaux semi- conducteurs 403 comprend une couche inférieure 413, une couche 423 dans laquelle est formée la zone active 401 et une couche supérieure 404 opposée à la couche inférieure par rapport à la couche 423. As shown in FIG. 4B, the set of layers of semiconductor materials 403 comprises a lower layer 413, a layer 423 in which the active zone 401 is formed and an upper layer 404 opposite the lower layer with respect to layer 423.
L’ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs 403 peut former par exemple une structure de type jonction PIN avec des matériaux semi-conducteurs dopés P ou dopés N et une zone active 401 configurée pour émettre de la lumière. La lumière émise par la zone active 401 est guidée le long de la zone active par contraste d’indice avec la couche 423 qui peut comprendre des matériaux différents des matériaux de la couche supérieure 404, comme par exemple du matériau semi-isolant (InP dopé au Fer par exemple), ou des matériaux identiques à la couche 404 (InP dopé P). The set of layers of semiconductor materials 403 can form, for example, a PIN junction type structure with P-doped or N-doped semiconductor materials and an active area 401 configured to emit light. The light emitted by the active area 401 is guided along the active area by index contrast with the layer 423 which can comprise materials different from the materials of the upper layer 404, such as for example semi-insulating material (InP doped with iron for example), or materials identical to layer 404 (InP doped P).
Dans la présente description, on appelle aussi laser ou partie laser, ledit ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs 403 qui forme notamment ladite zone active 401 permettant d’émettre de la lumière. In the present description, also called laser or laser part, said set of layers of semiconductor materials 403 which notably form said active zone 401 allowing light to be emitted.
Le laser est alimenté électriquement dans cet exemple via deux électrodes, l’une étant l’électrode de contact électrique 407 pour l’alimentation électrique du laser et l’autre étant la masse électrique du dispositif, par exemple la couche inférieure 413, opposée au contact 407 par rapport à la couche 423 The laser is electrically powered in this example via two electrodes, one being the electrical contact electrode 407 for powering the laser and the other being the electrical ground of the device, for example the lower layer 413, opposite the contact 407 with respect to layer 423
Le dispositif 400 comprend en outre une chaufferette 460 configurée pour chauffer la zone active 401 et permettre une élévation de la température du dispositif jusqu’à la température consigne, selon les modes de fonctionnement décrits par exemple ci-dessus. La chaufferette 460 est disposée le long de la zone active 401, par exemple à une distance au plus égale à environ 100 micromètres sur plus d’environ 70% de la longueur de la zone active 401. The device 400 further comprises a heater 460 configured to heat the active zone 401 and allow the temperature of the device to be raised to the setpoint temperature, according to the operating modes described for example above. The heater 460 is arranged along the active area 401, for example at a distance at most equal to about 100 micrometers over more than about 70% of the length of the active area 401.
Les déposants ont observé qu’en plaçant la chaufferette tout le long de la zone active 401 du dispositif, il est possible de maintenir une température homogène sur toute la longueur de la zone active 401 afin, en particulier, de conserver un indice de réfraction constant dans la zone active 401. Un indice de réfraction constant permet notamment de conserver une longueur d’émission laser stable pour le dispositif. The applicants have observed that by placing the heater all along the active area 401 of the device, it is possible to maintain a uniform temperature over the entire length of the active area 401 in order, in particular, to maintain a constant refractive index. in the active area 401. A constant refractive index makes it possible in particular to maintain a stable laser emission length for the device.
Les déposants ont observé que la distance optimale entre la chaufferette 460 et la zone active 401 résulte d’un compromis. On recherche une distance la plus petite possible pour optimiser l’efficacité de réchauffement de la couche active 401 mais suffisante pour éviter un contact électrique entre la chaufferette 460 et l’électrode 407. Les déposants ont observé qu’une distance comprise entre environ 5 micromètres et 100 micromètres entre la chaufferette et la zone active 401 peut satisfaire audit compromis. La chaufferette 460 peut être fabriquée suivant différentes technologies. The applicants have observed that the optimum distance between the heater 460 and the active zone 401 results from a compromise. A distance is sought that is as small as possible to optimize the efficiency of heating of the active layer 401 but sufficient to avoid electrical contact between the heater 460 and the electrode 407. The applicants have observed that a distance of between approximately 5 micrometers and 100 micrometers between the heater and the active zone 401 can satisfy said compromise. The heater 460 can be manufactured using different technologies.
Dans l’exemple de la FIG. 4A-4B, la chaufferette 460 est par exemple une bande métallique de surface disposée sur l’ensemble de couches en matériaux semi- conducteurs 403, par exemple en Ni-Cr, avec deux points de contact électrique 421, 422 à chaque extrémité de la chaufferette 460. Les deux points de contact électrique 421, 422 sont configurés pour recevoir une commande électrique en tension ou en courant servant au pilotage de la chaufferette 460, au moyen d’une unité de commande (voir FIG. 3 A, 3B), non représentée sur les FIGs. 4A, 4B. La commande électrique permet en particulier d’activer la production d’un échauffement par effet Joule dû à la résistance électrique de la bande métallique. Selon d’autres modes de réalisation, la mise en fonctionnement de la chaufferette peut aussi être effectuée par alimentation en tension par la zone de contact électrique 422, le contact électrique 421 étant relié à la masse électrique du composant. In the example of FIG. 4A-4B, the heater 460 is for example a surface metal strip arranged on the set of layers of semiconductor materials 403, for example of Ni-Cr, with two electrical contact points 421, 422 at each end of the heater 460. The two electrical contact points 421, 422 are configured to receive an electrical voltage or current command used to control the heater 460, by means of a control unit (see FIG. 3 A, 3B), not shown on the FIGs. 4A, 4B. The electrical control makes it possible in particular to activate the production of heating by the Joule effect due to the electrical resistance of the metal strip. According to other embodiments, the heater can also be put into operation by supplying voltage via the electrical contact zone 422, the electrical contact 421 being connected to the electrical ground of the component.
Dans d’autres modes de réalisation, dont un exemple est illustré dans la FIG. 5, la chaufferette forme une diode 504 qui est réalisée dans l’ensemble 403 de couches en matériaux semi-conducteurs, par exemple une diode de type PN ou PIN, parallèle au guide d’onde formé par la zone active 401 et réalisée dans les couches de matériaux semiconducteurs du dispositif. La diode consomme une puissance électrique lorsqu’on lui injecte un courant ou une tension électrique. La diode est réalisée pour préférentiellement n’émettre très peu ou pas de photons, de sorte que la consommation électrique se traduit par un auto-échauffement par effet Joule, permettant ainsi de chauffer la zone active 401 situé à proximité. In other embodiments, an example of which is shown in FIG. 5, the heater forms a diode 504 which is made in the assembly 403 of layers of semiconductor materials, for example a diode of the PN or PIN type, parallel to the waveguide formed by the active zone 401 and made in the layers of semiconductor materials of the device. The diode consumes electrical power when an electrical current or voltage is injected into it. The diode is made to preferentially emit very few or no photons, so that the electrical consumption results in self-heating by the Joule effect, thus making it possible to heat the active area 401 located nearby.
La diode est dans cet exemple alimentée électriquement via deux électrodes, une électrode de surface 507 agencée du même côté de l’ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs 403 que ladite électrode de contact 407 et une électrode de masse agencée du côté opposé, par exemple la couche inférieure 413 de l’ensemble 403 de couches en matériaux semi -conducteurs. The diode is in this example electrically supplied via two electrodes, a surface electrode 507 arranged on the same side of the set of layers of semiconductor materials 403 as said contact electrode 407 and a ground electrode arranged on the opposite side, by example the lower layer 413 of the set 403 of layers of semiconductor materials.
Les déposants ont montré que la diode 504 a l’avantage de pouvoir produire un échauffement en profondeur dans l’ensemble de couches en matériaux semi- conducteurs 403. C’est-à-dire que contrairement à une bande métallique chauffant essentiellement une surface externe de l’ensemble de couches 403, puis par conduction thermique, la zone active 401, la diode PN chauffe l’intérieur de l’ensemble de couches 403, et donc chauffe de manière plus efficace la zone active 401. The applicants have shown that the diode 504 has the advantage of being able to produce a heating in depth in the set of layers of semiconductor materials 403. That is to say that unlike a metal strip essentially heating an external surface of the set of layers 403, then by thermal conduction, the active area 401, the PN diode heats the inside of the set of layers 403, and therefore heats the active area 401 more efficiently.
La FIG. 6 représente un deuxième exemple de dispositif d’émission de lumière. Comme dans le premier exemple illustré sur les FIG. 4A - 4B, le dispositif comprend un ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs 403. Dans cet exemple cependant, l’ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs 403 est configuré pour former en plus de la première zone active 401 une deuxième zone active 484 configurée pour recevoir et moduler la lumière émise par la première zone active 401. Sur la FIG. 6, un trait en pointillés 490 est indiqué pour indiquer une délimitation entre la première zone active 401 et la deuxième zone active 484. FIG. 6 represents a second example of a light-emitting device. As in the first example shown in FIGs. 4A - 4B, the device comprises a set of layers in semiconductor materials 403. In this example however, the set of layers in semiconductor materials 403 is configured to form in addition to the first active area 401 a second active area 484 configured for receive and modulate the light emitted by the first active area 401. In FIG. 6, a dotted line 490 is indicated to indicate a boundary between the first active area 401 and the second active area 484.
Dans cet exemple, la deuxième zone active 484 est alimentée électriquement par deux électrodes. Une desdites électrodes est une électrode de contact de modulation 480 configurée pour recevoir un signal électrique variable en tension ou en courant pilotant la modulation de la lumière émise par la première zone active 401. L’autre électrode est la masse de la deuxième zone active 484 (non visible sur la FIG. 6), et peut être reliée électriquement à la masse de la première zone active 401. In this example, the second active area 484 is electrically powered by two electrodes. One of said electrodes is a modulation contact electrode 480 configured to receive an electrical signal variable in voltage or current controlling the modulation of the light emitted by the first active area 401. The other electrode is the ground of the second active area 484 (not visible in FIG. 6), and can be electrically connected to the ground of the first active zone 401.
Le dispositif selon le deuxième exemple peut être configuré pour former un dispositif de type LME, comprenant une première zone active 401 émettant de la lumière (partie laser) et une deuxième zone active 484 produisant une modulation de cette lumière (partie modulateur). The device according to the second example can be configured to form a device of the LME type, comprising a first active zone 401 emitting light (laser part) and a second active zone 484 producing a modulation of this light (modulator part).
Dans la présente description, une modulation de la lumière émise par l’ensemble 403 est entendue comme la modification d’un paramètre de la lumière, par exemple la phase ou l’amplitude. In the present description, a modulation of the light emitted by the assembly 403 is understood as the modification of a parameter of the light, for example the phase or the amplitude.
Dans l’exemple de la FIG. 6, la chaufferette 460 s’étend le long de la première zone active 401 et de la deuxième zone active 484 afin de pouvoir produire, selon les modalités présentées ci-dessus, un échauffement simultané et homogène des deux zones actives 401, 484. In the example of FIG. 6, the heater 460 extends along the first active zone 401 and the second active zone 484 in order to be able to produce, according to the methods presented above, a simultaneous and homogeneous heating of the two active zones 401, 484.
Les déposants ont montré que F échauffement simultané des deux zones actives 401, 484 permet, d’une part, de limiter les variations de la longueur d’onde d’émission et de la puissance de la lumière émise par le dispositif 400 et, d’autre part, de maintenir une courbe d’extinction satisfaisante. Ceci permet donc au dispositif de conserver des performances optimales lors d’une variation de température extérieure, notamment en termes de puissance optique et de profondeur de modulation de cette puissance optique. Dans les FIG. 4A et FIG. 6, pour illustrer le positionnement du guide d’onde 401 et des premières et deuxième zones actives par rapport à la chaufferette 460, le guide d’onde 401 et les zones actives sont visibles par transparence bien qu’ils ne soient pas agencés sur la couche supérieure du premier ensemble de couches en matériaux conducteurs 403, comme visible sur la FIG. 4B. Dans un cas général, le guide d’onde 401 n’est pas toujours visible sur une vue de dessus du dispositif 400. Dans certains modes de réalisation du dispositif 400 comprenant un guide d’onde 401 de type enterré, la présence et la disposition du guide d’onde 401 peut cependant être identifiée indirectement sur une vue de dessus du dispositif par une variation de relief sur la surface visible du dispositif 400. The applicants have shown that the simultaneous heating of the two active zones 401, 484 makes it possible, on the one hand, to limit the variations of the emission wavelength and of the power of the light emitted by the device 400 and, on the other hand, to maintain a satisfactory extinction curve. This therefore allows the device to maintain optimum performance during a variation in outside temperature, in particular in terms of optical power and depth of modulation of this optical power. In FIGs. 4A and FIG. 6, to illustrate the positioning of the waveguide 401 and the first and second active zones with respect to the heater 460, the waveguide 401 and the active zones are visible by transparency although they are not arranged on the upper layer of the first set of layers of conductive materials 403, as seen in FIG. 4B. In a general case, the waveguide 401 is not always visible on a top view of the device 400. In certain embodiments of the device 400 comprising a waveguide 401 of the buried type, the presence and arrangement of the waveguide 401 can however be identified indirectly on a top view of the device by a variation in relief on the visible surface of the device 400.
Selon le premier et le deuxième exemple, l’ensemble de couches en matériaux semi- conducteurs 403 est optimisé pour fonctionner avantageusement à une température nominale haute, par exemple autour de 70°C. L’optimisation peut comprendre, par exemple, un choix de structures particulières pour les zones actives 401, 484. En particulier, lesdites zones actives peuvent être configurées pour produire un fort confinement des électrons dans leur bande de conduction pour limiter l’impact de la température du dispositif sur les performances du dispositif. According to the first and the second example, the set of layers in semiconductor materials 403 is optimized to operate advantageously at a high nominal temperature, for example around 70° C. The optimization can include, for example, a choice of particular structures for the active areas 401, 484. In particular, said active areas can be configured to produce a strong confinement of the electrons in their conduction band to limit the impact of the device temperature on device performance.
L’optimisation peut aussi être effectuée en choisissant des structures comprenant des matériaux avec une bande d’énergie interdite permettant un gain d’émission laser ou une courbe d’extinction optimale à haute température. Optimization can also be performed by choosing structures comprising materials with an energy bandgap allowing an optimal laser emission gain or extinction curve at high temperature.
De façon générale, l’ensemble de couches en matériau semi -conducteurs 403 peut être configuré pour former différents types de zone actives, comme, par exemple, un réseau de Bragg distribué. Generally, the set of semiconductor material layers 403 can be configured to form different types of active areas, such as, for example, a distributed Bragg grating.
Par ailleurs, de façon alternative à l’exemple de la FIG. 6, une deuxième zone active peut être formée par un deuxième ensemble de couches en matériau semi -conducteurs (non représenté sur les figures), disposé de sorte à pouvoir recevoir la lumière émise par le premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs. L’agencement des premier et deuxième ensembles de couches en matériaux semi-conducteurs peut être, par exemple, fabriqué à l’aide de la technique dite « butt-joint », c’est-à-dire que les premier et deuxième ensembles de couches en matériaux semi-conducteurs sont agencés bout à bout, avec leur zones actives alignés l’une par rapport à l’autre et en contact selon une technique connu de l’homme du métier. Dans cet exemple, la chaufferette s’étend en outre le long de la deuxième zone active formée par ledit deuxième ensemble de couches en matériau semi-conducteurs. Moreover, alternatively to the example of FIG. 6, a second active zone can be formed by a second set of layers of semiconductor material (not shown in the figures), arranged so as to be able to receive the light emitted by the first set of layers of semiconductor material. The arrangement of the first and second sets of layers made of semiconductor materials can be, for example, manufactured using the so-called “butt-joint” technique, that is to say that the first and second sets of Semiconductor material layers are arranged end to end, with their active areas aligned relative to each other and in contact according to a technique known to those skilled in the art. In this example, the heater also extends along the second active zone formed by said second set of layers of semiconductor material.
Bien que décrits à travers un certain nombre d’exemples de réalisation, les systèmes d’émission de lumière selon la présente description comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention telle que définie par les revendications qui suivent. Références Although described through a certain number of exemplary embodiments, the light emission systems according to the present description comprise various variants, modifications and improvements which will appear obvious to those skilled in the art, it being understood that these various variations, modifications and improvements fall within the scope of the invention as defined by the following claims. References
[Ref 1] S AS AD A, Noriko, NAKAJIMA, Takayuki, SEKINO, Yuji, et al. Wide- Temperature-Range (25-80° C) 53-Gbaud PAM4 (106-Gb/s) Operation of 1.3-pm Directly Modulated DFB Lasers for 10-km Transmission. Journal of Lightwave Technology, 2019, vol. 37, no 7, p. 1686-1689. [Ref 1] SAS AD A, Noriko, NAKAJIMA, Takayuki, SEKINO, Yuji, et al. Wide-Temperature-Range (25-80° C) 53-Gbaud PAM4 (106-Gb/s) Operation of 1.3-pm Directly Modulated DFB Lasers for 10-km Transmission. Journal of Lightwave Technology, 2019, vol. 37, No. 7, p. 1686-1689.
[Ref 2] NAKAI, Yoshihiro, NAKANISHI, Akira, YAMAGUCHI, Yonyoshi, et al. Uncooled Operation of 53-GBd PAM4 (106-Gb/s) EA/DFB Lasers with Extremely Low Drive Voltage With 0.9 V pp. Journal of Lightwave Technology, 2019, vol. 37, no 7, p. 1658-1662. [Ref 2] NAKAI, Yoshihiro, NAKANISHI, Akira, YAMAGUCHI, Yonyoshi, et al. Uncooled Operation of 53-GBd PAM4 (106-Gb/s) EA/DFB Lasers with Extremely Low Drive Voltage With 0.9 V pp. Journal of Lightwave Technology, 2019, vol. 37, No. 7, p. 1658-1662.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d’émission de lumière non refroidi (100) comprenant : un dispositif (400) d’émission de lumière comprenant : au moins un premier ensemble de couches en matériaux semi- conducteurs (403) configuré pour former au moins une première zone active (401) apte à émettre de la lumière, ladite première zone active (401) étant optimisée pour fonctionner à une température nominale; et une chaufferette (460), s’étendant au moins le long de ladite première zone active (401), et située à une distance maximale prédéterminée de ladite première zone active (401) inférieure ou égale à environ 100 micromètres, ladite chaufferette étant configurée pour produire, en fonctionnement, un échauffement de ladite première zone active (401); des moyens (500) de détermination de la température du dispositif; et une unité de commande (600) configurée pour mettre en fonctionnement ladite chaufferette (460) uniquement lorsque ladite température du dispositif est strictement inférieure à une température consigne prédéterminée, inférieure ou égale à ladite température nominale, réchauffement produit par la chaufferette permettant une élévation de la température du dispositif jusqu’à environ la valeur de la température consigne. 1. Uncooled light emitting system (100) comprising: a light emitting device (400) comprising: at least a first set of layers of semiconductor materials (403) configured to form at least a first zone active (401) capable of emitting light, said first active zone (401) being optimized to operate at a nominal temperature; and a heater (460), extending at least along said first active area (401), and located at a predetermined maximum distance from said first active area (401) less than or equal to about 100 micrometers, said heater being configured to produce, in operation, a heating of said first active zone (401); means (500) for determining the temperature of the device; and a control unit (600) configured to operate said heater (460) only when said temperature of the device is strictly lower than a predetermined setpoint temperature, lower than or equal to said nominal temperature, heating produced by the heater allowing an increase in the temperature of the device up to approximately the value of the set temperature.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens (500) de détermination de la température du dispositif comprennent un capteur de température. 2. System according to claim 1, in which the means (500) for determining the temperature of the device comprise a temperature sensor.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel le capteur de température est isolé thermiquement de ladite au moins une première zone active du dispositif de telle sorte à mesurer une température extérieure au dispositif (400). 3. System according to claim 2, in which the temperature sensor is thermally insulated from said at least one first active zone of the device so as to measure a temperature outside the device (400).
4. Système selon la revendication 2, dans lequel le capteur de température est en contact thermique avec ladite au moins une première zone active du dispositif (400). 4. System according to claim 2, in which the temperature sensor is in thermal contact with said at least one first active zone of the device (400).
5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite distance maximale entre la zone active (401) et la chaufferette (460) est une distance comprise entre environ 5 micromètres et environ 100 micromètres. 5. A system according to any preceding claim, wherein said maximum distance between the active area (401) and the heater (460) is a distance between about 5 micrometers and about 100 micrometers.
6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite distance maximale entre la zone active (401) et la chaufferette (460) est une distance comprise entre environ 5 micromètres et environ 20 micromètres. 6. System according to any one of the preceding claims, in which the said maximum distance between the active zone (401) and the heater (460) is a distance comprised between approximately 5 micrometers and approximately 20 micrometers.
7. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens (500) de détermination de la température du dispositif comprennent un dispositif de mesure de la longueur d’onde de la lumière émise par le dispositif d’émission de lumière. 7. System according to any one of the preceding claims, in which the means (500) for determining the temperature of the device comprise a device for measuring the wavelength of the light emitted by the light-emitting device.
8. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite température consigne est strictement inférieure à ladite température nominale.8. System according to any one of the preceding claims, in which said setpoint temperature is strictly lower than said nominal temperature.
9. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chaufferette (460) comprend une bande métallique disposée sur une couche externe dudit premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs (403). 9. A system according to any preceding claim, wherein the heater (460) comprises a metal strip disposed on an outer layer of said first set of layers of semiconductor materials (403).
10. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la chaufferette (460) est réalisée dans des couches de l’ensemble de couches en matériaux semi -conducteurs (403) et forme une diode PN ou PIN. 10. System according to any one of claims 1 to 8, in which the heater (460) is made in layers of the set of layers of semiconductor materials (403) and forms a PN or PIN diode.
11. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite chaufferette (460) comprend au moins une masse (421) reliée électriquement avec une masse dudit ensemble de couches en matériau semi-conducteurs (403) et au moins un contact électrique (422) isolé électriquement de ladite masse (421).11. System according to any one of the preceding claims, in which said heater (460) comprises at least one mass (421) electrically connected with a mass of said set of layers of semiconductor material (403) and at least one electrical contact (422) electrically isolated from said ground (421).
12. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite première zone active (401) forme un laser à réseau de Bragg distribué. 12. A system according to any preceding claim, wherein said first active area (401) forms a distributed Bragg grating laser.
13. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier ensemble de couches en matériaux semi-conducteurs (403) est configuré pour former, en outre, une deuxième zone active (484) apte à recevoir et moduler la lumière émise par ladite première zone active (401), ladite deuxième zone active étant optimisée pour fonctionner à ladite température nominale ; et ladite chaufferette (460) s’étend en outre le long de ladite deuxième zone active (484) et est disposée à ladite distance maximale de ladite deuxième zone active (484), ladite chaufferette étant configurée, en outre, pour produire un échauffement de ladite deuxième zone active (484). 13. System according to any one of the preceding claims, in which said first set of layers of semiconductor materials (403) is configured to form, in addition, a second active zone (484) capable of receiving and modulating the light emitted by said first active area (401), said second active area being optimized to operate at said nominal temperature; and said heater (460) further extends along said second active area (484) and is disposed at said maximum distance from said second active area (484), said heater being further configured to provide heating of said second active area (484).
14. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le dispositif comprend un deuxième ensemble de couches en matériau semi- conducteurs configuré pour former une deuxième zone active apte à recevoir et moduler la lumière émise par ladite première zone active, ladite deuxième zone active étant optimisée pour fonctionner à ladite température nominale ; et ladite chaufferette s’étend en outre le long de ladite deuxième zone active et est disposée à ladite distance maximale de ladite deuxième zone active, ladite chaufferette étant configurée, en outre, pour produire un échauffement de ladite deuxième zone active. 14. System according to any one of claims 1 to 12, in which the device comprises a second set of layers of semiconductor material configured to form a second active zone capable of receiving and modulating the light emitted by said first active zone, said second active zone being optimized to operate at said nominal temperature; and said heater further extends along said second active area and is disposed at said maximum distance from said second active area, said heater being further configured to produce heating of said second active area.
15. Système selon l’une quelconque des revendications 13 à 14, dans lequel ladite deuxième zone active forme un modulateur à électro-absorption. 15. System according to any one of claims 13 to 14, in which said second active zone forms an electro-absorption modulator.
16. Procédé de contrôle de la température dans un système d’émission de lumière non-refroidi selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit procédé comprenant : le choix d’une température consigne inférieure ou égale à ladite température nominale du dispositif ; la détermination de la température du dispositif; et la mise en fonctionnement de la chaufferette par l’unité de commande (600) uniquement lorsque ladite température du dispositif est strictement inférieure à ladite température consigne, l’ échauffement produit par la chaufferette permettant une élévation de la température du dispositif jusqu’à environ la valeur de la température consigne. 16. A method of controlling the temperature in an uncooled light-emitting system according to any one of the preceding claims, said method comprising: choosing a setpoint temperature less than or equal to said nominal temperature of the device; determining the temperature of the device; and the operation of the heater by the control unit (600) only when said temperature of the device is strictly lower than said setpoint temperature, the heating produced by the heater allowing the temperature of the device to be raised to approximately the value of the setpoint temperature.
17. Procédé selon la revendication 16, comprenant en outre : une calibration préalable de l’unité de commande (600), ladite calibration comprenant l’établissement d’une caractéristique puissance-échauffement qui caractérise l’élévation de la température du dispositif en fonction d’une puissance électrique fournie à la chaufferette (460) par l’unité de commande (600) pour produire un échauffement. 17. Method according to claim 16, further comprising: a prior calibration of the control unit (600), said calibration comprising the establishment of a power-heating characteristic which characterizes the rise in temperature of the device as a function of an electrical power supplied to the heater (460) by the control unit (600) to produce a heating.
EP21805903.8A 2020-11-02 2021-11-02 Systems for emitting uncooled light Pending EP4237906A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2011235A FR3115893B1 (en) 2020-11-02 2020-11-02 Uncooled light emitting systems
PCT/EP2021/080379 WO2022090569A1 (en) 2020-11-02 2021-11-02 Systems for emitting uncooled light

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4237906A1 true EP4237906A1 (en) 2023-09-06

Family

ID=74095887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21805903.8A Pending EP4237906A1 (en) 2020-11-02 2021-11-02 Systems for emitting uncooled light

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4237906A1 (en)
JP (1) JP2023548612A (en)
CN (1) CN117120916A (en)
CA (1) CA3200694A1 (en)
FR (1) FR3115893B1 (en)
WO (1) WO2022090569A1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60108106T2 (en) 2001-07-30 2005-12-08 Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto Temperature-controlled light modulator arrangement
US7636522B2 (en) * 2004-04-15 2009-12-22 Infinera Corporation Coolerless photonic integrated circuits (PICs) for WDM transmission networks and PICs operable with a floating signal channel grid changing with temperature but with fixed channel spacing in the floating grid
FR3046705B1 (en) * 2016-01-08 2018-02-16 Commissariat Energie Atomique LASER SOURCE WITH SEMICONDUCTOR
FR3088776B1 (en) * 2018-11-15 2020-11-20 Commissariat Energie Atomique SEMICONDUCTOR LASER SOURCE

Also Published As

Publication number Publication date
CN117120916A (en) 2023-11-24
WO2022090569A1 (en) 2022-05-05
CA3200694A1 (en) 2022-05-05
FR3115893A1 (en) 2022-05-06
JP2023548612A (en) 2023-11-17
FR3115893B1 (en) 2023-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11811195B2 (en) Method for wavelength control of silicon photonic external cavity tunable laser
US6665105B2 (en) Tunable electro-absorption modulator
US9184552B2 (en) Method and apparatus for reducing the amplitude modulation of optical signals in external cavity lasers
FR2521737A1 (en) BISTABLE OPTICAL DEVICE
FR3053538A1 (en) LASER SOURCE WITH SEMICONDUCTOR
Lear et al. Progress and issues for high-speed vertical cavity surface emitting lasers
Lauer et al. InP‐based long‐wavelength vertical‐cavity surface‐emitting lasers with buried tunnel junction
US11437777B2 (en) Method for tuning emission wavelength of laser device
EP4237906A1 (en) Systems for emitting uncooled light
EP3599501B1 (en) Heat-absorbing modulator-switch with two stacked rings
Heanue et al. Widely tunable laser module using DFB array and MEMs selection with internal wavelength locker
Ferrotti Design, fabrication and characterization of a hybrid III-V on silicon transmitter for high-speed communications
WO2002057827A1 (en) Passive compensating coupling laser device
FR2784811A1 (en) LONG WAVELENGTH VERTICAL CAVITY LASER COMBINED WITH A SHORT WAVELENGTH PUMPING LASER
CN110998400B (en) Optical transmission module and optical module
JP2018046144A (en) Wavelength-variable laser, wavelength-variable laser device, and control method therefor
Moehrle et al. Tunable short cavity 10-gb/s 1550-nm DFB-laser with integrated optical amplifier and taper
Deng et al. Wavelength tunable V-cavity laser employing integrated thin-film heaters
WO2004017477A1 (en) Widely tunable laser on photonic crystal
EP2290767B1 (en) Electrically modulated semiconductor laser
EP1363366A1 (en) Stabilisation process for a distributed feedback laser
JP2007157884A (en) Optical modulator integration light source
EP1775807A2 (en) Optical semiconductor apparatus with locked charge carrier density
Yamatoya et al. Long-Term Wavelength Reliability in Semi-Cooled 11.1 Gbps-80 km EAM-LDs for DWDM XFPs
FR2897726A1 (en) Optical laser source e.g. distributed Bragg reflector laser, for forming e.g. light transmitter module, has deflecting surface deflecting light beam formed in mode adaptation zone whose thickness is less than that of active layer

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230516

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)