FR3020188A1 - LASER SOURCE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une source laser (10) comprenant : - un premier guide d'ondes (12) présentant une première étendue, dite première longueur (L1), le long de la direction longitudinale (Z), - un deuxième guide d'ondes (22) distinct du premier guide d'ondes (12) et s'étendant parallèlement au premier guide d'ondes (12), le deuxième guide d'ondes (22) présentant une portion (30) superposée avec le premier guide d'ondes (12) le long d'une direction d'empilement (Y) perpendiculaire à la direction longitudinale (Z), la portion (30) présentant une deuxième étendue le long de la direction longitudinale (Z) dite longueur de superposition (Lsuperposition), la longueur de superposition (Lsuperposition) étant supérieure à 90% de la première longueur (L1).The invention relates to a laser source (10) comprising: - a first waveguide (12) having a first extension, called the first length (L1), along the longitudinal direction (Z), - a second guide wave (22) distinct from the first waveguide (12) and extending parallel to the first waveguide (12), the second waveguide (22) having a portion (30) superimposed with the first waveguide (12) wave (12) along a stacking direction (Y) perpendicular to the longitudinal direction (Z), the portion (30) having a second extent along the longitudinal direction (Z) said length of superposition (L superposition) ), the superposition length (the superposition) being greater than 90% of the first length (L1).
Description
Source laser La présente invention concerne une source laser. L'invention se situe dans le domaine de l'intégration hétérogène de sources lasers sur une structure optique intégrée. De telles intégrations trouvent des applications dans les télécommunications optiques utilisant les composants de la photonique intégrée. La photonique intégrée s'est développée sur des substrats comme le verre, le silicium ou les matériaux III-V. On rappelle qu'un semi-conducteur de type « III - V » est un semiconducteur composite fabriqué à partir d'un ou plusieurs éléments de la colonne III du tableau périodique des éléments (bore, aluminium, gallium, indium, ...) et d'un ou plusieurs éléments de la colonne V ou pnictogènes (azote, phosphore, arsenic, antimoine ...). L'intégration photonique sur silicium présente des nombreux avantages tels que la possibilité d'intégrer un grand nombre d'éléments sur la même puce, et la possibilité d'intégrer à la fois des composants optiques et des composants électroniques.The present invention relates to a laser source. The invention lies in the field of the heterogeneous integration of laser sources on an integrated optical structure. Such integrations find applications in optical telecommunications using the components of integrated photonics. Integrated photonics has been developed on substrates such as glass, silicon or III-V materials. It is recalled that a "III-V" type semiconductor is a composite semiconductor manufactured from one or more elements of column III of the periodic table of the elements (boron, aluminum, gallium, indium, etc.). and one or more column V or pnictogene elements (nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony ...). Photonic integration on silicon has many advantages such as the ability to integrate a large number of elements on the same chip, and the possibility of integrating both optical components and electronic components.
Toutefois, il n'existe pas encore de source laser monolithique efficace sur silicium. Pour pallier ce problème, des intégrations hétérogènes de source laser utilisant des matériaux 111-V sur un substrat silicium ont été développées. Pour cela, il est connu de l'article de Hyundai Park et al. intitulé « Device and Integration Technology for Silicon Photonics Transmitters » issu de la revue IEEE journal of selected topics for quantum electronics, volume 17, numéro 3 paru en mai/juin 2011 et de l'article de M. Lamponi et al. intitulé « Low-threshold heteregeneously integrated InP/S01 laser with a double adiabatic taper coupler » issu de la revue IEEE Photonics Technology Letters, volume 24, pages 76 à 78 paru en 2012 des sources laser de ce type.However, there is still no effective monolithic laser source on silicon. To overcome this problem, heterogeneous laser source integrations using 111-V materials on a silicon substrate have been developed. For this, it is known from the article by Hyundai Park et al. entitled "Device and Integration Technology for Silicon Photonics Transmitters" from the IEEE Journal of Quantum Electronics, Volume 17, Issue 3, May / June 2011 and the article by M. Lamponi et al. entitled "Low-threshold heteregeneously integrated InP / S01 laser with a double adiabatic type coupler" from the journal IEEE Photonics Technology Letters, volume 24, pages 76 to 78 published in 2012 laser sources of this type.
Toutefois, les rendements énergétiques, définis comme le rapport entre la puissance optique émise produite et la puissance électrique consommée, de ces structures sont insuffisants. Il existe donc un besoin pour une source laser présentant un meilleur rendement. A cet effet, l'invention a pour objet une source laser comprenant un premier guide d'ondes s'étendant selon une direction longitudinale, le premier guide d'ondes formant un guide d'ondes laser présentant une première étendue, dite première longueur, le long de la direction longitudinale, et un deuxième guide d'ondes distinct du premier guide d'ondes et s'étendant parallèlement au premier guide d'ondes, le deuxième guide d'ondes présentant une portion superposée avec le premier guide d'ondes le long d'une direction d'empilement perpendiculaire à la direction longitudinale, la portion présentant une deuxième étendue le long de la direction longitudinale dite longueur de superposition, la longueur de superposition étant supérieure à 90% de la première longueur, de préférence supérieure à 95% de la première longueur et préférentiellement égale à la première longueur. Suivant des modes de réalisation particuliers, la source laser comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le premier guide d'ondes présente une première étendue, dite première largeur, le long d'une direction transversale et la portion du deuxième guide d'ondes présente une deuxième étendue, dite deuxième largeur, le long de la direction transversale, la direction transversale étant perpendiculaire à la direction d'empilement et à la direction longitudinale. - la deuxième largeur est sensiblement constante le long de la direction longitudinale. - le premier guide d'ondes comporte une couche réalisée en semi-conducteur dopé p, la deuxième largeur étant telle que le facteur de confinement de l'onde lumineuse dans la couche réalisée en semi-conducteur dopé p est inférieur à 5%, de préférence inférieur à 2% et/ou le facteur de confinement de l'onde lumineuse dans la couche comprenant des multipuits quantiques est supérieur à 1%, de préférence supérieur à 2%. - la deuxième largeur est inférieure à la première largeur. - la deuxième largeur est supérieure ou égale à 25% de la première largeur et/ou inférieure ou égale à 40% de la première largeur. - le premier guide d'ondes est réalisé à partir d'au moins un matériau appartenant à la colonne III du tableau périodique composé avec un matériau selon la colonne V du tableau périodique. - le deuxième guide d'ondes est réalisé à partir de silicium. - le deuxième guide d'ondes comporte un réseau. - la source laser comprend, en outre, un modulateur à électro-absorption. - la source laser comprend un élément sélectif en longueur d'onde et réfléchissant la lumière choisi parmi le groupe constitué de deux résonateurs en anneau, un ensemble formée par un résonateur en anneau et un interféromètre de Mach-Zehnder et un réseau échantillonné. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : - figure 1, une vue schématique de dessus d'un exemple de source laser ; - figure 2, une vue schématique d'une coupe de la source laser selon la ligne II-II représentée sur la figure 1 ; - figure 3, une vue schématique de dessus d'un autre exemple de source laser ; - figure 4, une vue schématique de dessus d'un autre exemple de source laser ; - figure 5, une vue schématique de dessus d'un autre exemple de source laser, et - figure 6 à 8, des représentations du résultat de simulations d'exemples de source laser selon la figure 1 en fonctionnement. Pour la suite de la description, il est défini une direction longitudinale correspondant à une direction générale de propagation de la lumière. Il est également défini une direction d'empilement perpendiculaire à la direction longitudinale et contenue dans le plan de la figure 1 et une direction transversale perpendiculaire à la direction longitudinale et à la direction d'empilement. La direction longitudinale, la direction d'empilement et la direction transversale sont respectivement symbolisées par des axes Z, Y et X sur la figure 1.However, the energy yields, defined as the ratio between the transmitted optical power produced and the electrical power consumed, of these structures are insufficient. There is therefore a need for a laser source having a better performance. For this purpose, the subject of the invention is a laser source comprising a first waveguide extending in a longitudinal direction, the first waveguide forming a laser waveguide having a first extent, called the first length, along the longitudinal direction, and a second waveguide distinct from the first waveguide and extending parallel to the first waveguide, the second waveguide having a portion superimposed with the first waveguide along a stacking direction perpendicular to the longitudinal direction, the portion having a second extent along the longitudinal direction called superposition length, the superposition length being greater than 90% of the first length, preferably greater than 95% of the first length and preferably equal to the first length. According to particular embodiments, the laser source comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination: the first waveguide has a first extent, called the first width, along a transverse direction and the portion of the second waveguide has a second extent, called second width, along the transverse direction, the transverse direction being perpendicular to the stacking direction and the longitudinal direction. the second width is substantially constant along the longitudinal direction. the first waveguide comprises a layer made of p-doped semiconductor, the second width being such that the confinement factor of the light wave in the p-doped semiconductor layer is less than 5%, preferably less than 2% and / or the confinement factor of the light wave in the layer comprising multiple quantum wells is greater than 1%, preferably greater than 2%. the second width is smaller than the first width. the second width is greater than or equal to 25% of the first width and / or less than or equal to 40% of the first width. the first waveguide is made from at least one material belonging to column III of the periodic table composed of a material according to column V of the periodic table. the second waveguide is made from silicon. the second waveguide comprises a network. the laser source further comprises an electro-absorption modulator. the laser source comprises a wavelength-selective and light-reflective element selected from the group consisting of two ring resonators, an assembly formed by a ring resonator and a Mach-Zehnder interferometer and a sampled array. Other features and advantages of the invention will appear on reading the following description of embodiments of the invention, given by way of example only and with reference to the drawings which are: FIG. 1, a diagrammatic view from above an example of a laser source; FIG. 2, a schematic view of a section of the laser source along the line II-II shown in FIG. 1; FIG. 3, a schematic view from above of another example of a laser source; FIG. 4, a schematic view from above of another example of a laser source; FIG. 5, a schematic view from above of another example of a laser source, and FIGS. 6 to 8, representations of the result of simulations of examples of a laser source according to FIG. 1 in operation. For the remainder of the description, a longitudinal direction corresponding to a general direction of propagation of light is defined. It is also defined a stacking direction perpendicular to the longitudinal direction and contained in the plane of Figure 1 and a transverse direction perpendicular to the longitudinal direction and the stacking direction. The longitudinal direction, the stacking direction and the transverse direction are respectively symbolized by Z, Y and X axes in FIG.
Dans le cadre de l'invention, il est proposé une source laser 10. Une source laser 10 (acronyme de l'anglais « light amplification by stimulated emission of radiation » ce qui se traduit en français par « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ») est un appareil qui produit une lumière spatialement et temporellement cohérente basée sur l'effet laser.In the context of the invention, there is provided a laser source 10. A laser source 10 (acronym for "light amplification by stimulated emission of radiation" which translates into French as "amplification of light by stimulated emission" is a device that produces spatially and temporally coherent light based on the laser effect.
Chaque source laser 10 est un empilement de différentes couches aussi appelé « stratifié » dans le domaine de la microélectronique. La source laser 10 comprend un premier guide d'ondes 12 s'étendant selon la direction longitudinale Z. Le premier guide d'ondes 12 forme un guide d'ondes laser.Each laser source 10 is a stack of different layers also called "laminate" in the field of microelectronics. The laser source 10 comprises a first waveguide 12 extending in the longitudinal direction Z. The first waveguide 12 forms a laser waveguide.
Selon l'exemple illustré par la figure 1, le premier guide d'ondes 12 est monomode. Par définition, un guide d'ondes laser monomode est un guide d'ondes propre à faire propager un unique mode laser, ce mode laser résultant d'un effet laser produit dans le guide d'ondes. En variante, le premier guide d'ondes 12 est multimode.According to the example illustrated in FIG. 1, the first waveguide 12 is monomode. By definition, a monomode laser waveguide is a waveguide capable of propagating a single laser mode, this laser mode resulting from a laser effect produced in the waveguide. In a variant, the first waveguide 12 is multimode.
De préférence, le premier guide d'ondes 12 est réalisé à partir d'au moins un matériau appartenant à la colonne III du tableau périodique composé avec un matériau selon la colonne V du tableau périodique. De tels matériaux sont, en effet, efficaces pour produire l'effet laser. A titre d'exemple, le premier guide d'ondes 12 représenté à la figure 1 comporte successivement quatre couches : une première couche 14 en InGaAs dopé p, une deuxième couche 16 en InP dopé p, une troisième couche 18 de multipuits quantiques et une quatrième couche 20 en InP dopé n. La première couche 14 en InGaAs est dopée p pour le contact électrique. De même, la quatrième couche 20 en InP est dopée n pour le contact électrique.Preferably, the first waveguide 12 is made from at least one material belonging to column III of the periodic table composed of a material according to column V of the periodic table. Such materials are indeed effective in producing the laser effect. By way of example, the first waveguide 12 shown in FIG. 1 comprises successively four layers: a first p-doped InGaAs layer 14, a second p-doped InP layer 16, a third quantum multiwell layer 18 and a fourth layer 20 in n-doped InP. The first InGaAs layer 14 is p-doped for electrical contact. Similarly, the fourth InP layer 20 is n-doped for electrical contact.
La troisième couche 18 de multipuits quantiques est dédiée à l'émission laser. La troisième couche 18 comporte également plusieurs sous-couches dites « puits » et « barrières ». D'autres structures pour le premier guide d'ondes 12 sont envisageables. Notamment une structure à trois couches avec une couche en semi-conducteur dopé p, une couche de multipuits quantiques et une couche en semi-conducteur dopé n peut être envisagée. Le premier guide d'ondes 12 présente une première étendue, dite première longueur L1, le long de la direction longitudinale Z. Dans le cas particulier de la figure 1, le premier guide d'ondes 12 présente deux parties d'extrémités 12t et une partie centrale 12p située entre les deux parties d'extrémités 12t. Dans ce cas, la première longueur L1 correspond à l'étendue du premier guide d'ondes 12 le long de la direction longitudinale Z située entre les deux parties d'extrémités 12t. La source laser 10 comprend également un deuxième guide d'ondes 22 distinct du premier guide d'ondes 12. Le deuxième guide d'ondes 22 s'étend parallèlement au premier guide d'ondes 12. De préférence, le deuxième guide d'ondes 22 est réalisé à partir de silicium. Par exemple, le deuxième guide d'ondes 22 comporte trois couches : une cinquième couche 24 assurant la liaison entre le deuxième guide d'ondes 22 et le premier guide d'ondes 12, une sixième couche 26 en silicium, une septième couche 28 et une huitième couche 29 formant substrat. De préférence, la septième couche 28 est réalisée en silice. Avantageusement, la huitième couche 29 est réalisée en silicium. Le deuxième guide d'ondes 22 présente une portion 30 superposée avec le premier guide d'ondes 12 le long de la direction d'empilement Y. Cette portion 30 fait partie, selon le cas particulier de la figure 1, de la sixième couche 26. Le deuxième guide d'ondes 22 présente une étendue le long de la direction longitudinale Z dite deuxième longueur L2. La deuxième longueur L2 est strictement supérieure à la première longueur L1. Cela s'écrit mathématiquement comme : L2 > L1 La portion 30 présente une deuxième étendue le long de la direction longitudinale Z dite longueur de superposition 1-'perp'iti'. Par défintion de la portion 30, la longueur de superposition Lsuperposition est inférieure ou égale à la première longueur. Cela s'écrit mathématiquement comme : L superspos . < Ll La longueur de superposition Lsuperposition est supérieure ou égale à 90% de la première longueur L1. Cela s'écrit mathématiquement comme : 90 T, - L super sposition - - 100 L Cela permet un meilleur couplage entre le deuxième guide d'ondes 22 et le premier guide d'ondes 12. De préférence, pour augmenter cet effet, la longueur de superposition Lsuperposition est supérieure ou égale à 95% de la première longueur L1. Cela s'écrit mathématiquement comme : 95 Lsuperposition .L1 100 Préférentiellement, pour augmenter encore plus cet effet, la longueur de superposition Lsuperposition est égale à la première longueur L1. La figure 1 correspond au cas où la longueur de superposition Lsuperposition est égale à la première longueur L1. La portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 présente une deuxième étendue, dite deuxième largeur d2, le long de la direction transversale X. De préférence, la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 présente une deuxième largeur d2 sensiblement constante le long de la direction longitudinale Z. On entend par l'expression « sensiblement constante » que l'écart entre la valeur la plus faible et la valeur la plus importante pour la deuxième largeur est inférieur à 1% de la deuxième largeur d2. Avantageusement, la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 présente une deuxième largeur d2 sensiblement constante le long de la direction longitudinale Z uniquement dans la partie de la portion 30 superposée avec la partie centrale 12p du premier guide d'ondes 12.The third layer 18 of quantum multiwell is dedicated to the laser emission. The third layer 18 also comprises several sub-layers called "wells" and "barriers". Other structures for the first waveguide 12 are conceivable. In particular, a three-layer structure with a p-doped semiconductor layer, a quantum multiwell layer and an n doped semiconductor layer can be envisaged. The first waveguide 12 has a first extension, called the first length L1, along the longitudinal direction Z. In the particular case of FIG. 1, the first waveguide 12 has two end portions 12t and one central portion 12p located between the two end portions 12t. In this case, the first length L1 corresponds to the extent of the first waveguide 12 along the longitudinal direction Z located between the two end portions 12t. The laser source 10 also comprises a second waveguide 22 distinct from the first waveguide 12. The second waveguide 22 extends parallel to the first waveguide 12. Preferably, the second waveguide 22 22 is made from silicon. For example, the second waveguide 22 comprises three layers: a fifth layer 24 providing the connection between the second waveguide 22 and the first waveguide 12, a sixth silicon layer 26, a seventh layer 28 and an eighth layer 29 forming a substrate. Preferably, the seventh layer 28 is made of silica. Advantageously, the eighth layer 29 is made of silicon. The second waveguide 22 has a portion 30 superimposed with the first waveguide 12 along the stacking direction Y. This portion 30 is part, as in the particular case of Figure 1, of the sixth layer 26 The second waveguide 22 has an extent along the longitudinal direction Z, said second length L2. The second length L2 is strictly greater than the first length L1. This is mathematically written as: L2> L1 The portion 30 has a second extent along the longitudinal direction Z called the superposition length 1 -perp'iti '. By defining the portion 30, the superposition length The superposition is less than or equal to the first length. This is written mathematically as: L superspos. <Ll The superposition length The superposition is greater than or equal to 90% of the first length L1. This is written mathematically as: 90 T, - L superposition - - 100 L This allows a better coupling between the second waveguide 22 and the first waveguide 12. Preferably, to increase this effect, the length superposition The superposition is greater than or equal to 95% of the first length L1. This is written mathematically as: Preferably, to increase this effect even more, the superposition length The superposition is equal to the first length L1. FIG. 1 corresponds to the case where the superposition length The superposition is equal to the first length L1. The portion 30 of the second waveguide 22 has a second extent, called the second width d2, along the transverse direction X. Preferably, the portion 30 of the second waveguide 22 has a second substantially constant width d2 along the longitudinal direction Z. The term "substantially constant" means that the difference between the lowest value and the largest value for the second width is less than 1% of the second width d2. Advantageously, the portion 30 of the second waveguide 22 has a second substantially constant width d2 along the longitudinal direction Z only in the portion of the portion 30 superimposed with the central portion 12p of the first waveguide 12.
Selon un mode de réalisation préféré, la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 présente une deuxième largeur d2 constante le long de la direction longitudinale Z. Lorsque le premier guide d'ondes 12 présente une couche réalisée en semi- conducteur dopé p, la deuxième largeur d2 est telle que le facteur de confinement de l'onde lumineuse dans la couche p 16, dopé p est inférieur ou égal à 5%, de préférence inférieur ou égal à 2%. Pour la source laser de la figure 1, comme les dimensions des couches considérées le long de la direction d'empilement Y sont très inférieures à la longueur d'onde optique des photons, il en résulte que les photons occupent une aire qui s'étend au-delà du premier guide d'ondes 12. Le facteur de confinement F permet de mesurer la proportion de photons effectivement dans la couche considérée. Il est défini par : y)12dxdy F _ couche considérée +00 r r+co 1E(x, y)12dxdy -00 En l'occurrence, la couche réalisée en semi-conducteur dopé p est la deuxième couche 16 en InP. En effet, la deuxième couche 16 dopée p introduit des pertes optiques importantes. La diminution du facteur de confinement dans la deuxième couche 16 permet de réduire les pertes du mode optique lors de sa propagation dans le premier guide d'ondes 12.According to a preferred embodiment, the portion 30 of the second waveguide 22 has a constant second width d2 along the longitudinal direction Z. When the first waveguide 12 has a layer made of p-doped semiconductor, the second width d2 is such that the confinement factor of the light wave in the p-doped p-layer 16 is less than or equal to 5%, preferably less than or equal to 2%. For the laser source of FIG. 1, since the dimensions of the layers considered along the stacking direction Y are much smaller than the optical wavelength of the photons, it follows that the photons occupy an area which extends beyond the first waveguide 12. The confinement factor F makes it possible to measure the proportion of photons actually in the layer in question. It is defined by: y) 12dxdy F _ considered layer +00 r r + co 1E (x, y) 12dxdy -00 In this case, the p-doped semiconductor layer is the second InP layer 16. Indeed, the second p-doped layer 16 introduces significant optical losses. The reduction of the confinement factor in the second layer 16 makes it possible to reduce the losses of the optical mode during its propagation in the first waveguide 12.
Alternativement, la couche réalisée en semi-conducteur dopé p considérée est la première couche 14 en InGaAs. Dans le cas particulier de la figure 1, la première couche 14 en InGaAs est relativement loin de la troisième couche 18 de sorte que le facteur de confinement F est nul.Alternatively, the layer made in p-doped semiconductor considered is the first layer 14 in InGaAs. In the particular case of Figure 1, the first layer 14 of InGaAs is relatively far from the third layer 18 so that the confinement factor F is zero.
Lorsque le premier guide d'ondes 12 présente une couche comprenant des multipuits quantiques, la deuxième largeur d2 est telle que le facteur de confinement de l'onde lumineuse dans la couche comprenant des multipuits quantiques est supérieure à 1%, de préférence supérieure à 2%. En l'occurrence, la couche comprenant des multipuits quantiques est la troisième couche 18.When the first waveguide 12 has a layer comprising multiple quantum wells, the second width d2 is such that the confinement factor of the light wave in the layer comprising multiple quantum wells is greater than 1%, preferably greater than 2. %. In this case, the layer comprising multiple quantum wells is the third layer 18.
De préférence, la deuxième largeur d2 n'est pas quelconque par rapport aux dimensions du premier guide d'ondes 12. Notamment, le premier guide d'ondes 12 présente une première étendue, dite première largeur d1, le long de la direction transversale X. Dans le cas particulier illustré par la figure 1, la première largeur dl est définie par l'étendue de la partie centrale 12p du premier guide d'ondes 12 le long de la direction transversale X.Preferably, the second width d2 is not arbitrary with respect to the dimensions of the first waveguide 12. Notably, the first waveguide 12 has a first extent, called the first width d1, along the transverse direction X In the particular case illustrated in FIG. 1, the first width d1 is defined by the extent of the central portion 12p of the first waveguide 12 along the transverse direction X.
Plus précisément, les portions d'extrémités 12t ont une forme effilée, l'étendue le long de la direction transversale X allant en diminuant lorsque la portion d'extrémité 12t est parcourue en s'éloignant de la partie centrale 12p. Chaque portion d'extrémité 12t est ainsi une portion d'adaptation de forme effilée, souvent appelée sous la dénomination anglaise de « taper portion ». En variante, les portions d'extrémités 12t ont une forme en trapèze. Selon un mode de réalisation préférée, la deuxième largeur d2 de la portion 30 est modifiée le long de la direction longitudinale Z lorsque la portion 30 est superposée avec une portion d'extrémité 12t. Typiquement, la deuxième largeur d2 est diminuée pour correspondre à l'étendue de la portion d'extrémité 12t le long de la direction longitudinale Z. Cela permet de favoriser un bon transfert de la puissance guidée vers le deuxième guide d'ondes 22. Avantageusement, après la portion 30 superposée avec la portion d'extrémité 12t, la largeur du deuxième guide d'ondes 22 augmente à nouveau, de manière à garantir un caractère monomode au deuxième guide d'ondes 22. Dans l'exemple de la figure 1, la partie centrale 12p présente une première étendue, le long de la direction transversale X constante. Dans les différents cas envisageables, de préférence, la première largeur est supérieure ou égale à la deuxième largeur d2. Cela s'écrit mathématiquement : d2 dl De préférence, la deuxième largeur d2 est supérieure ou égale à 25% de la première largeur d1. Cela s'écrit mathématiquement : dl d2 100 Avantageusement, la deuxième largeur d2 est inférieure ou égale à 40% de la 25 première largeur d1. Cela s'écrit mathématiquement : d2< 40 dl 100 Dans le cas particulier de la figure 1, la source laser 10 présente également une anode 32 et deux cathodes 34 et 36. L'anode 32 est en contact électrique avec la première couche 14. Les deux cathodes 34, 36 est en contact électrique avec la quatrième couche 20. La source laser 10 proposée en référence aux figures 1 et 2 présente de nombreux avantages. La source laser 10 permet notamment d'envisager de multiples applications du fait de sa facilité de mise en oeuvre. A titre d'illustration, trois applications particulières en référence aux figures 3, 4 et 5 vont plus particulièrement être détaillées dans ce qui suit. Selon l'exemple de la figure 3, le deuxième guide d'ondes 22 comporte un réseau 50 de sorte que la source laser 10 est un laser à rétroaction distribuée. Le réseau 50 est superposé à la partie centrale 12p et à une des deux parties d'extrémités 12t du premier guide d'ondes 22. Un laser à rétroaction distribuée est souvent dénommé laser DFB, DFB renvoyant à l'acronyme anglais de « distributed feedback ». Dans ce cas, à titre illustratif, le réseau 50 comporte une structuration périodique. Un tel réseau 50 est un réseau diffractif. En l'occurrence pour le cas de la figure 3, la structuration est une alternance de zones le long de la direction longitudinale Z présentant des indices optiques différents. Un tel réseau 50 est aisément gravé sur le deuxième guide d'ondes 22. En outre, selon un mode de réalisation préféré, les dimensions du deuxième guide d'ondes 22 sont choisies pour que optimiser l'efficacité du réseau 50.More specifically, the end portions 12t have a tapered shape, the extent along the transverse direction X decreasing as the end portion 12t is traveled away from the central portion 12p. Each end portion 12t is thus a tapered shape adaptation portion, often referred to as "taper portion". As a variant, the end portions 12t have a trapezoidal shape. According to a preferred embodiment, the second width d2 of the portion 30 is modified along the longitudinal direction Z when the portion 30 is superimposed with an end portion 12t. Typically, the second width d2 is decreased to correspond to the extent of the end portion 12t along the longitudinal direction Z. This promotes a good transfer of the guided power to the second waveguide 22. Advantageously after the portion 30 superimposed with the end portion 12t, the width of the second waveguide 22 increases again, so as to guarantee a monomode character at the second waveguide 22. In the example of FIG. , the central portion 12p has a first extent, along the transverse direction X constant. In the various possible cases, preferably, the first width is greater than or equal to the second width d2. This is written mathematically: d2 d1 Preferably, the second width d2 is greater than or equal to 25% of the first width d1. This is written mathematically: d1 d2 100 Advantageously, the second width d2 is less than or equal to 40% of the first width d1. This is written mathematically: d2 <40 dl 100 In the particular case of FIG. 1, the laser source 10 also has an anode 32 and two cathodes 34 and 36. The anode 32 is in electrical contact with the first layer 14. The two cathodes 34, 36 are in electrical contact with the fourth layer 20. The laser source 10 proposed with reference to Figures 1 and 2 has many advantages. The laser source 10 allows in particular to consider multiple applications because of its ease of implementation. By way of illustration, three particular applications with reference to FIGS. 3, 4 and 5 will be more particularly detailed in the following. According to the example of FIG. 3, the second waveguide 22 comprises a grating 50 so that the laser source 10 is a distributed feedback laser. The network 50 is superimposed on the central portion 12p and on one of the two end portions 12t of the first waveguide 22. A distributed feedback laser is often referred to as a DFB laser, DFB referring to the acronym "distributed feedback". ". In this case, for illustrative purposes, the network 50 comprises a periodic structuring. Such a network 50 is a diffractive network. In this case for the case of Figure 3, the pattern is an alternation of areas along the longitudinal direction Z with different optical indices. Such a grating 50 is easily etched on the second waveguide 22. In addition, according to a preferred embodiment, the dimensions of the second waveguide 22 are chosen so as to optimize the efficiency of the grating 50.
En outre, selon un autre mode de réalisation, le réseau 50 est superposé seulement avec la partie centrale 12p du premier guide d'ondes 12. Selon l'exemple de la figure 4, la source laser 10 est similaire à celle de la figure 3. Seules les différences par rapport à la source laser 10 présentée à la figure 3 sont mises en évidence.In addition, according to another embodiment, the network 50 is superimposed only with the central portion 12p of the first waveguide 12. According to the example of FIG. 4, the laser source 10 is similar to that of FIG. Only the differences with respect to the laser source 10 shown in Figure 3 are highlighted.
La source laser 10 présente en outre un modulateur à électro-absorption 60 formé à partir du deuxième guide d'ondes 22. Un modulateur à électro-absorption est souvent désigné par l'acronyme EAM qui renvoie à la terminologie anglaise « electro-absorption modulator ». Un tel modulateur est un dispositif semi-conducteur propre à moduler l'intensité d'un faisceau laser par l'intermédiaire d'une tension électrique. Cette modulation est relativement efficace. Son principe de fonctionnement est basé par exemple sur l'effet Starck Quantique Confiné (QCSE), soit un changement dans le spectre d'absorption du modulateur provoqué par un champ électrique appliqué. La présence du modulateur à électro-absorption 60 permet donc de disposer d'un émetteur laser 10 modulé. Selon un mode de réalisation préféré, le modulateur à électro-absorption 60 et le deuxième guide d'ondes 22 sont réalisés à partir des mêmes couches obtenues par croissance épitaxiale. Cela permet de coller des vignettes ou des plaques réalisées dans un matériau de type « III-V » d'une seule et même structure épitaxiale pour le deuxième guide d'ondes 22 et le modulateur à électro-absorption 60. De préférence, l'étendue du deuxième guide d'ondes 22 le long de la direction transversale X au niveau du modulateur à électro-absorption 60 est inférieure à la deuxième largeur d2 de la portion 30 sous la partie centrale du laser du deuxième guide d'ondes 22. Cela permet d'augmenter l'efficacité de modulation du modulateur à électroabsorption 60 puisqu'une bonne efficacité de modulation par le modulateur à électroabsorption 60 suppose un fort facteur de confinement dans la troisième couche 18 de multipuits quantiques.The laser source 10 further has an electro-absorption modulator 60 formed from the second waveguide 22. An electro-absorption modulator is often referred to by the acronym EAM which refers to the English terminology "electro-absorption modulator ". Such a modulator is a semiconductor device capable of modulating the intensity of a laser beam by means of an electrical voltage. This modulation is relatively effective. Its operating principle is based, for example, on the Confined Quantum Starck effect (QCSE), ie a change in the absorption spectrum of the modulator caused by an applied electric field. The presence of the electro-absorption modulator 60 therefore makes it possible to have a modulated laser emitter 10. According to a preferred embodiment, the electro-absorption modulator 60 and the second waveguide 22 are made from the same layers obtained by epitaxial growth. This makes it possible to glue vignettes or plates made of a "III-V" type material of one and the same epitaxial structure for the second waveguide 22 and the electro-absorption modulator 60. Preferably, the the extent of the second waveguide 22 along the transverse direction X at the electroabsorption modulator 60 is less than the second width d2 of the portion 30 below the central portion of the laser of the second waveguide 22. This makes it possible to increase the modulation efficiency of the electroabsorption modulator 60 since a good modulation efficiency by the electroabsorption modulator 60 assumes a strong confinement factor in the third layer 18 of quantum multiwells.
Avantageusement, l'étendue du deuxième guide d'ondes 22 le long de la direction transversale X au niveau du modulateur à électro-absorption 60 est comprise entre 5% de la deuxième largeur d2 et 60% de la deuxième largeur d2. Préférentiellement, l'étendue du deuxième guide d'ondes 22 le long de la direction transversale X au niveau du modulateur à électro-absorption 60 est égale à la moitié de la deuxième largeur d2. Par exemple, l'étendue du deuxième guide d'ondes 22 le long de la deuxième direction transversale X au niveau du modulateur à électro-absorption 60 est égale 0,4 lm alors que la deuxième largeur d2 de la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 est égale à 0,8 Selon une autre variante illustrée par la figure 5, la source laser 10 est similaire à celle de la figure 4. Seules les différences par rapport à la source laser 10 présentée à la figure 4 sont mises en évidence. La source laser 10 comporte en outre un élément 70 sélectif en longueur d'onde et réfléchissant la lumière. En l'occurrence, l'élément 70 sélectif en longueur d'onde et réfléchissant la lumière comprend deux résonateurs en anneau. En variante, l'élément 70 sélectif en longueur d'onde et réfléchissant la lumière est un ensemble formée par un résonateur en anneau et un interféromètre de Mach-Zehnder ou un réseau échantillonné. Une telle source laser 10 présente une bonne accordabilité. L'accordabilité en longueur d'onde correspond à la capacité de modifier la longueur d'onde émise d'une source laser. Cette capacité est quantifiée par une plage d'accordabilité en longueurs d'ondes définie comme la plage en longueur d'ondes sur laquelle la source laser 10 est capable d'émettre une émission laser. La modification de la longueur d'onde est obtenue par exemple sous l'effet de l'injection d'un courant ou sous l'effet d'une élévation de température. L'accordabilité permet notamment d'introduire de la souplesse dans la mise en oeuvre d'un multiplexage en longueur d'onde ou de réaliser des récepteurs cohérents. Pour permettre d'améliorer l'accordabilité, il est favorable que l'étendue du deuxième guide d'ondes 22 selon la direction transversale X augmente vers le modulateur à électro-absorption 60. En effet, plus l'étendue augmente, mieux le mode optique généré dans le premier guide d'ondes 12 est couplé dans le deuxième guide d'ondes 22. Il devient alors possible de réaliser un réflecteur présentant une large bande-passante par la gravure d'un réseau de Bragg dans la zone de transition entre le deuxième guide d'ondes 22 et le modulateur à électro-absorption 60. De plus, il est préférable que la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 présente une partie élargie le long de la deuxième direction transversale X. Un telle partie élargie représentée schématiquement sur la figure 5 présente une deuxième étendue le long de la deuxième direction transversale X supérieure à la deuxième largeur d2. Le réseau 50 est compris dans la partie élargie. Dans ce cas la deuxième largeur d2 est, par exemple, définie comme l'extension le long de la deuxième direction transversale X de la portion 30 du deuxième guide d'ondes 22 en dehors de la partie élargie. En outre, la source laser 10 proposée en référence aux figures 1 et 2 présente un meilleur couplage entre le premier guide d'ondes 12 et le deuxième guide d'ondes 22. Cela est montré à l'aide des simulations illustrées par les figures 6 à 8. Ces figures montrent un exemple de profil d'intensité calculée pour le mode laser se propageant dans la source laser 10 pour trois valeurs différentes de deuxième distance d2. La figure 6 a été calculée pour une première distance dl de 2 lm et une valeur de deuxième distance d2 de 0,5 lm ; la figure 7 pour une première distance dl de 2 lm et une valeur de deuxième distance d2 de 0,7 lm et la figure 8 pour une première distance dl de 2gm et valeur de deuxième distance d2 de 0,8 lm. Dans le cas de la figure 6, le mode laser est confiné dans le premier guide d'ondes 12. Dans le cas de la figure 7, le mode laser se propage à la fois dans le premier guide d'ondes 12 et dans le deuxième guide d'ondes 22. Dans le cas de la figure 8, le mode laser est principalement guidé dans le deuxième guide d'ondes 22.Advantageously, the extent of the second waveguide 22 along the transverse direction X at the level of the electro-absorption modulator 60 is between 5% of the second width d2 and 60% of the second width d2. Preferably, the extent of the second waveguide 22 along the transverse direction X at the level of the electroabsorption modulator 60 is equal to half of the second width d2. For example, the extent of the second waveguide 22 along the second transverse direction X at the level of the electroabsorption modulator 60 is equal to 0.4 μm while the second width d2 of the portion 30 of the second waveguide According to another variant illustrated in FIG. 5, the laser source 10 is similar to that of FIG. 4. Only the differences with respect to the laser source 10 shown in FIG. evidence. The laser source 10 further comprises a wavelength selective element 70 and reflecting light. In this case, the wavelength-selective and light-reflective element 70 comprises two ring resonators. Alternatively, the wavelength-selective, light-reflective element 70 is an assembly formed by a ring resonator and a Mach-Zehnder interferometer or sampled array. Such a laser source 10 has good tunability. The wavelength tunability corresponds to the ability to modify the wavelength emitted from a laser source. This capacitance is quantified by a wavelength tunability range defined as the wavelength range on which the laser source 10 is capable of emitting laser emission. The modification of the wavelength is obtained for example under the effect of the injection of a current or under the effect of a rise in temperature. Tunability makes it possible, in particular, to introduce flexibility in the implementation of wavelength multiplexing or to produce coherent receivers. To make it possible to improve the tunability, it is favorable for the extension of the second waveguide 22 in the transverse direction X to increase towards the electro-absorption modulator 60. Indeed, the greater the extent, the better the mode. generated in the first waveguide 12 is coupled in the second waveguide 22. It then becomes possible to realize a reflector having a wide bandwidth by the etching of a Bragg grating in the transition zone between the second waveguide 22 and the electro-absorption modulator 60. In addition, it is preferable that the portion 30 of the second waveguide 22 has an enlarged portion along the second transverse direction X. Such an enlarged portion schematically shown in Figure 5 shows a second extent along the second transverse direction X greater than the second width d2. The network 50 is included in the enlarged part. In this case the second width d2 is, for example, defined as the extension along the second transverse direction X of the portion 30 of the second waveguide 22 outside the enlarged portion. In addition, the laser source 10 proposed with reference to FIGS. 1 and 2 has a better coupling between the first waveguide 12 and the second waveguide 22. This is shown by means of the simulations illustrated in FIGS. 8. These figures show an example of intensity profile calculated for the laser mode propagating in the laser source 10 for three different values of second distance d2. FIG. 6 was calculated for a first distance d1 of 2 μm and a second distance value d2 of 0.5 μm; FIG. 7 for a first distance d1 of 2 μm and a second distance value d2 of 0.7 μm and FIG. 8 for a first distance d1 of 2 μm and a second distance value d2 of 0.8 μm. In the case of FIG. 6, the laser mode is confined in the first waveguide 12. In the case of FIG. 7, the laser mode propagates both in the first waveguide 12 and in the second waveguide 12. In the case of FIG. 8, the laser mode is mainly guided in the second waveguide 22.
Ces simulations montrent que la source laser 10 simulée à la figure 8 avec le deuxième guide d'ondes 22 sous le premier guide d'ondes 12 permet un meilleur couplage entre les deux guides d'ondes 12, 22. En effet, le mode laser simulé sur la figure 7 se trouve entre les deux guides d'ondes 12, 22. Une zone de transition assez courte suffit pour coupler le mode laser simulé sur la figure 7 vers le mode confiné dans le deuxième guide d'ondes 22. Similairement, ces simulations mettent aussi en évidence que dans le cas de la figure 7 (mode hybride avec un mode laser dans le premier guide d'ondes 12 et dans le deuxième guide d'ondes 22), une diminution des pertes grâce à une diminution du facteur de confinement dans la deuxième couche 16 est observée. Ainsi, un gain d'un facteur deux en puissance est obtenu.These simulations show that the laser source 10 simulated in FIG. 8 with the second waveguide 22 under the first waveguide 12 allows a better coupling between the two waveguides 12, 22. Indeed, the laser mode FIG. 7 is simulated between the two waveguides 12, 22. A rather short transition zone is sufficient to couple the simulated laser mode in FIG. 7 to the mode confined in the second waveguide 22. Similarly, these simulations also show that in the case of FIG. 7 (hybrid mode with a laser mode in the first waveguide 12 and in the second waveguide 22), a decrease in losses due to a decrease in the factor confinement in the second layer 16 is observed. Thus, a gain of a factor of two in power is obtained.
Ainsi, les sources lasers 10 selon l'invention présentent un meilleur rendement tout en offrant des perspectives pour réaliser de nouveaux composants optoélectroniques.Thus, the laser sources 10 according to the invention have a better performance while offering prospects for making new optoelectronic components.
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