Il s’agit de concevoir, réaliser, optimiser et caractériser des diodes laser évasées multi-sections émettant à 915 nm. On vise l’obtention simultanée des performances suivantes :

• Forte puissance optique (P>1W)
• Emission à 915nm
• Bonne qualité de faisceau (M²<2)
• Forte efficacité de modulation (E.M.>10W/A à 200MHz)

Il s’agit d’objectifs ambitieux qui, à notre connaissance, n’ont jamais été démontrés. Ces diodes laser seront ensuite stabilisées en longueur d’onde par réseaux de Bragg volumiques. L’objectif final est de réaliser un mélange non linéaire (somme de fréquences) entre ces diodes laser et un laser à 1,064 µm pour produire un rayonnement bleu-vert à 492 nm. Cette thèse se fera en collaboration avec le Laboratoire Charles Fabry (LCF) de l’Institut d’Optique où des expériences de stabilisation spectrale et mélange non linéaire se dérouleront, en liaison avec les chercheurs du groupe LASERS.

Contexte

Il s’agit de développer des sources laser émettant dans le bleu-vert pour transmissions optiques sous-marines. Pour cela, les sources laser doivent être puissantes et rapides. On vise, dans un premier temps, 200mW à 200MHz, puis, dans un deuxième temps, 1W à 1GHz.

Les débits obtenus dans les communications sous-marines sont extrêmement faibles et les communications sont souvent de mauvaise qualité (latence et taux d’erreur élevés). Un besoin fort de communications sous-marines ou surface-milieu apparait dans le domaine civil (forages profonds, stations fixes océaniques, explorations portuaires, lutte contre la pollution, cartographie des courants, suivi des dépôts sédimentaires…). Le secteur bio-médical bénéficiera également de manière significative des développements proposés.

L’emploi de composants bleu-vert semble une solution naturelle et élégante au problème.

L’innovation proposée réside dans la génération du bleu-vert à 492nm, par addition de fréquences entre une diode laser à 915nm, spécialement conçue et réalisée par III-V Lab pour avoir un fort rendement à la prise, une forte efficacité de modulation et une bonne qualité de faisceau, et un laser émettant à 1064nm, réalisé par le LCF de l’Institut d’Optique.

Intérêt de la thèse et résultats attendus

Le cœur du travail de thèse portera sur la modélisation, la conception, la réalisation et la caractérisation de diodes laser émettant à 915nm, de forte puissance (P>1W), de bonne qualité de faisceau (M²<2) et de forte efficacité de modulation (E.M.>10W/A) de type laser évasé multi-sections. Ce laser est un composant innovant, qui, à notre connaissance, n’a jamais été réalisé à 915 nm.

Cette thèse intervient en synergie avec les besoins exprimés de transmissions entre drones sous-marins pour des applications civiles et militaires.

La thèse proposée devrait permettre de contribuer au développement d’un des composants-clés, le laser à semi-conducteurs, et de les adapter pour la source laser émettant dans le bleu-vert, développée au LCF.

Programme de travail

Le programme de travail ambitieux comporte plusieurs phases:

Conception de diodes laser évasées bi-sections à 915nm

Réalisation des lasers

Caractérisations des lasers

Étude de la stabilisation et de l’affinement spectral des diodes laser bi-sections évasées à 915 nm par l’utilisation de réseaux de diffraction (type réseaux de Bragg photoinscrits)

Participation aux expériences de somme de fréquences intracavité entre une diode évasée bi-sections stabilisée en fréquence à 915 nm et un laser Nd:YVO₄ à 1064 nm pour produire un rayonnement à 492 nm.

III-V Labs
http://www.3-5lab.fr

Groupe LASERS
http://www.lcf.institutoptique.fr/lcf/Groupes-de-recherche/Lasers

III-V Labs, Palaiseau (75%) et Laboratoire Charles Fabry, Palaiseau (25%)

École d'Ingénieur ou Master en physique, matériaux semiconducteur, optique

Bourse CIFRE entre III-V Labs et le Laboratoire Charles Fabry

Contact industriel : Michel Krakowski, III-V Labs, Tel : 01 69 41 58 25
michel.krakowski@3-5lab.fr

Contact académaique : Patrick Georges, Tel : 01 64 53 34 26
patrick.georges@institutoptique.fr