Integrated frequency comb lasers

Laser à peigne de fréquences intégrés Les peignes de fréquences optiques (OFC) sont des sources lumineuses présentant un spectre constitué d'un ensemble de modes équidistants et verrouillés en phase. Bien qu'à l'origine, les OFC aient été utilisés pour la métrologie, permettant une précision sans précédent des mesures de fréquence, l'éventail des applications qui s'appuient sur les OFC est aujourd'hui beaucoup plus large. Les développements récents des technologies d'intégration telles que l'impression par micro-transfert hétérogène (III-V-sur-Silicium) et l'intégration hybride ont ouvert la voie à des solutions basées des technologies semi-conductrices à haut rendement énergétique. Ainsi, divers types d'OFC intégrés, comme les lasers à verrouillage modal en amplitude (AM) ou en fréquence (FM) à une section ou multi-section ont été développés pour de nombreuses applications, y compris la détection, la spectroscopie et le transfert de données. Une modulation électrique RF externe des OFC intégrés permet d'augmenter la bande passante et la plage de d'accrochage en fréquence, ce qui améliore encore la polyvalence de ces appareils.Dans ce travail, nous étudions expérimentalement les propriétés spectrales et temporelles des OFC émis par deux types de lasers intégrés : (i) un laser bi-sections à cavité en anneau III-V-sur-Silicium à verrouillage modal (AM), (ii) un laser ruban à bâtonnets quantiques mono-section. Dans un premier temps, nous analysons les propriétés spectrales d'un peigne de fréquences optiques émis par un laser III-V-sur-Silicium en anneau fonctionnant dans le régime de verrouillage en mode hybride (HML). Dans ce régime une modulation externe RF active est appliquée à la section absorbant saturable (AS). Nous démontrons que le laser HML a des réponses disparates à une modulation RF externe en fonction de la tension appliquée à l'absorbant saturable et du courant de la pompe. Tout d'abord, nous montrons que le fonctionnement hybride avec modulation externe ne dégrade pas le fonctionnement optimal du laser à verrouillage modal passif sur l'ensemble de la région de verrouillage, c'est-à-dire la plage de modulation externe électrique RF dans laquelle le taux de répétition du laser peut être accroché à la modulation externe. De plus, nous démontrons également, à partir d'un régime de verrouillage de mode passif incomplet et en utilisant la fréquence de modulation comme paramètre de contrôle, l'amélioration progressive des caractéristiques de verrouillage dans la plage d'accordabilité du taux de répétition du laser.De plus, nous étudions les lasers à semi-conducteurs III-V-sur-Silicium fonctionnant en mode de verrouillage modal passif. Nous trouvons un régime qui persiste dans une large gamme de tensions de l'AS et de gain et dans lequel il existe deux états à verrouillage modal caractérisés par des taux de répétition légèrement différentes. Le laser émet soit dans l'un des états de verrouillage modal, soit dans les deux états coexistants. Nous démontrons que dans ce dernier cas, les deux peignes optiques sont séparés spectralement mais verrouillés mutuellement par le faible couplage spectral, nous définissons cet état de verrouillage comme étant inter-verrouillé. Par l'application d'une modulation RF active de l'AS, nous testons le couplage et le transfert de cohérence entre les deux peignes dans un régime HML. Nous montrons également la possibilité de réaliser le verrouillage complet des deux peignes à la modulation électrique RF externe.Enfin, nous étudions les caractéristiques d'un autre type d'OFC intégré, à savoir le laser ruban à bâtonnets quantiques mono-section. Nous présentons une expérience permettant d'augmenter la largeur spectrale du peigne émis par le laser par l'injection d'un bruit optique à large bande provenant d'un amplificateur optique à semi-conducteur externe. L'injection de bruit induit une Amplification des modes latéraux du laser à OFC qui acquièrent une relation de phase fixe avec les modes centraux du peigne.