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Languages: French
Types: Article
Subjects: VCSELs à 1,3µm et 1,55µm, Turn-On Delay, Paramètres S, Schéma électrique équivalent, RIN, Largeur de raie, 621
L'objectif de ce travail de thèse a été de caractériser et de modéliser le comportement de diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSELs) à 1,3µm et 1,55µm. Ces sources laser constituent en effet un enjeu majeur dans les transmissions d'information à haut débit. La modélisation est basée sur l'analogie entre les équations d'évolution monomodés linéarisées et les équations de Kirchhoff du circuit électrique équivalent de la cavité optique. Il est donc possible d'exprimer chaque élément de ce circuit en fonction des paramètres intrinsèques du VCSEL. Cependant, bien que les VCSELs utilisés soient en puce, le modèle électrique complet doit prendre en compte des effets parasites liés à l'accès électrique. Une méthode originale, basée sur la mesure du «Turn-On Delay» et des paramètres S, a donc été développée afin de pouvoir s'affranchir de ces effets parasites et ainsi d'obtenir la valeur de chaque élément du circuit sans procédure d'optimisation. Grâce à cette méthode, il est alors possible d'extraire les paramètres intrinsèques du VCSEL. Le modèle est ensuite confronté aux résultats de simulation des équations d'évolution linéarisées en fonction des paramètres extraits. Le comportement en bruit des VCSELs est également analysé afin de compléter le circuit électrique par des sources équivalentes de bruit en tension et en courant. Cela permet d'élaborer un schéma électrique équivalent complet validé expérimentalement. Enfin la mesure du spectre des VCSELs permet d'en déduire l'évolution de la largeur de raie en fonction du courant de polarisation et d'en extraire le facteur de Henry, source de dégradation des télécommunications optiques. The objective of this thesis was to characterize and model the behavior of vertical-cavity surface-emitting laser diodes (VCSELs) at both 1,3µm et 1,55µm wavelengths. These laser sources are indeed key components in high bit rate transmission. Modeling is based on the analogy between the linearized singlemode rate equations and Kirchhoff current law representing the equivalent electrical circuit of the optical cavity. It is therefore possible to express each element of this circuit using the intrinsic parameters of the VCSEL. However, although on chip VCSELs are used, the electrical model has to take into account the parasitic effects related to electrical access. An original method, based on the "Turn-On-Delay" and S-parameters measurements, was developed in order to overcome parasitic effects and to obtain the value of each element of the circuit without optimization process. With this method, it is possible to extract the intrinsic parameters of the VCSEL. The model is then compared with simulation results of linearized rate equations with extracted parameters. The noise behavior of VCSELs is also analyzed to complete the electrical circuit with voltage and current equivalent noise sources. This helps to develop a complete equivalent electrical circuit validated experimentally. Finally we can infer, from the VCSELs spectrum, the evolution of the linewidth in terms of bias current and extract the Henry factor, a spectral degradation source in optical telecommunications.

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