Qu’est-ce qu’un laser DFB ?
Un laser DFB est un type de diode laser dont la longueur d’onde de sortie est constante. DFB signifie “Distributed FeedBack”, ce qui se traduit par “rétroaction distribuée”. En créant des réseaux de diffraction aux limites des couches de la diode, seule la longueur d’onde de la lumière émise par la couche active et correspondant au double de la distance entre les réseaux peut être amplifiée et émise. La longueur d’onde de sortie d’un laser DFB est stable et constante, alors que la longueur d’onde d’une diode laser normale est perturbée par le courant appliqué, l’environnement de fonctionnement ou la modulation.
Utilisations des lasers DFB
Les lasers DFB sont principalement utilisés dans les communications optiques à grande capacité et à longue distance. La raison de leur utilisation dans les communications optiques est qu’ils peuvent maintenir une sortie stable à une longueur d’onde constante même avec des niveaux de courant élevés, des environnements de fonctionnement et une modulation à grande vitesse. Parmi les autres utilisations des lasers DFB figurent l’endoscopie du côlon et de l’œsophage, l’analyse structurelle par spectroscopie Raman, la conversion de longueur d’onde, l’analyse des gaz, etc. Lors du choix d’un laser DFB, il est nécessaire de tenir compte du courant admissible, de la longueur d’onde de sortie, des bornes de connexion, de l’environnement de fonctionnement correspondant et de la taille.
Principe des lasers DFB
Cette section décrit le principe de fonctionnement des lasers DFB. Comme les diodes laser normales, les lasers DFB ont une couche de revêtement de type p, une couche de revêtement de type n et une couche active entre ces couches. Les couches de revêtement de type p sont reliées à une électrode positive, les couches de revêtement de type n sont reliées à un substrat de type n et le substrat de type n est relié à une électrode négative. Sur les côtés de ces couches se trouvent des réflecteurs : le laser DFB est fabriqué de telle sorte que l’interface entre la couche de revêtement de type p et la couche active forme un réseau de diffraction.
Pendant le fonctionnement, une tension directe est appliquée à partir des électrodes. Sous l’effet de cette tension, des électrons et des trous pénètrent dans la couche active à partir de leurs couches de revêtement respectives et émettent de la lumière lorsque ces charges se recombinent. Cette lumière est amplifiée par les limites de la couche active et les réflecteurs. La lumière réfléchie par le réseau de diffraction ne reflète alors qu’une longueur d’onde spécifique. Cela entraîne l’amplification d’une seule longueur d’onde de la lumière. La lumière amplifiée est extraite du laser DFB.
Caractéristiques de température des lasers DFB
Les lasers DFB se caractérisent par des longueurs d’onde extrêmement stables en fonction de la température : dans le domaine du multiplexage en longueur d’onde et des communications optiques cohérentes telles que le WDM, une largeur de raie spéculaire étroite est importante pour supprimer la diaphonie entre les longueurs d’onde. Un autre facteur important est la possibilité de contrôler la température de la longueur d’onde.
Dans les lasers DFB généraux, le gradient de longueur d’onde par rapport à la température est dit d’environ 0,1 nm/°C. La longueur d’onde d’oscillation est déterminée et contrôlée par deux paramètres : l’ajustement de la longueur d’onde par la période du réseau du laser DFB et ce gradient de température.
Pour éviter l’influence de la température ambiante, le contrôle de la température est généralement effectué à l’aide d’un terminal de contrôle tel qu’une thermistance de température et un élément Peltier externe, etc. Toutefois, pour réduire les coûts et la consommation de courant, les lasers DFB qui ne nécessitent pas de contrôle externe de la température font également l’objet de recherches actives. C’est le cas aussi pour les méthodes d’emballage et l’application de nouveaux matériaux semi-conducteurs composés tels que ceux à base d’Al et d’autres.
Les longueurs d’onde de 1550nm représentant les lasers DFB
Dans le monde des communications optiques à longue distance, les longueurs d’onde ayant la plus faible perte de transmission possible dans les fibres optiques sont sélectionnées pour minimiser les pertes pendant la communication. Les fibres optiques en quartz ont en fait des pertes très différentes selon la longueur d’onde de la lumière qui les traverse, et généralement, on utilise souvent des longueurs d’onde dans les bandes de 1,3μ et 1,5μ. En particulier, la longueur d’onde de 1550nm est une longueur d’onde typique pour les lasers DFB à grande longueur d’onde, car elle présente la perte la plus faible.
Parmi les autres types de lasers à longueur d’onde de 1550nm figurent les lasers DFB dotés d’un réseau de diffraction à déphasage λ/4, qui permet en principe l’oscillation du laser dans un seul mode, et les lasers DBR dont le réseau de diffraction est éloigné du haut et du bas de la couche active.
Comparaison avec les lasers FP
Un laser à semi-conducteur souvent comparé aux lasers DFB est le laser Fabry-Perot (FP).
La face frontale d’un laser FP est une surface hélicoïdale. Cela signifie qu’elle peut être utilisée comme surface miroir avec la même orientation cristalline. Le laser oscille dans un spectre résonant à une certaine longueur d’onde. Une différence majeure par rapport à un laser DFB est qu’il est difficile pour un laser FP d’osciller dans un mode complètement unique.
Les lasers FP sont utilisés dans les lecteurs optiques tels que les CD et DVD, les imprimantes laser, etc.