National audienceNous rapportons la conception de réseaux de Bragg fibrés et présentons le résultat obtenu après montage d'un réseau utilisé comme réflecteur externe d'une diode laser InGaN afin d'en affiner le spectre jusqu'à obtenir une émission monomode longitudinale

Congar, Antoine

Gay, Mathilde

Lablonde, Laurent

Le Rouzic, Catherine

Mammez, Dominique

Pinsard, Emmanuel

Rabine, Olivier

Robin, Thierry

Trebaol, Stephane

French

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

HAL Id: hal-02378414
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02378414
Submitted on 25 Nov 2019
HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d’enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.
Réseau de Bragg fibré pour le filtrage à bande étroite de
l’émission autour de 400 nm d’une diode laser InGaN
Laurent Lablonde, Emmanuel Pinsard, Olivier Rabine, Catherine Le Rouzic,
Thierry Robin, Antoine Congar, Mathilde Gay, Dominique Mammez,
Stephane Trebaol
To cite this version:
Laurent Lablonde, Emmanuel Pinsard, Olivier Rabine, Catherine Le Rouzic, Thierry Robin, et al..
Réseau de Bragg fibré pour le filtrage à bande étroite de l’émission autour de 400 nm d’une diode
laser InGaN. 39è Journées Nationales d’Optique Guidée (JNOG 2019), Jul 2019, Palaiseau, France.
￿hal-02378414￿
  
RESEAU DE BRAGG FIBRE POUR LE FILTRAGE A BANDE ETROITE DE 
L’EMISSION AUTOUR DE 400 NM D’UNE DIODE LASER INGAN 
Laurent Lablonde1, Emmanuel Pinsard1, Olivier Rabine1, Catherine Le Rouzic1, Thierry 
Robin1, Antoine Congar2, Mathilde Gay2, Dominique Mammez2, Stéphane Trebaol2  
1 iXblue, division Fibres, rue Paul Sabatier, 22300 Lannion, France 
2 Univ Rennes, CNRS, Institut FOTON, UMR 6082, F-22305 Lannion, France 
laurent.lablonde@ixblue.com 
RÉSUMÉ 
Nous rapportons la conception de réseaux de Bragg fibrés et présentons le résultat obtenu 
après montage d’un réseau utilisé comme réflecteur externe d’une diode laser InGaN 
afin d’en affiner le spectre jusqu’à obtenir une émission monomode longitudinale.  
MOTS-CLEFS : réseau de Bragg ; cavité externe ; diode laser ; spectroscopie Raman 
1. INTRODUCTION 
Les lasers émettant autour de la frontière bleue-ultraviolette sont utilisés de nos jours dans de 
multiples domaines comme la recherche médicale, la spectrométrie, les communications optiques 
sous-marines, l’holographie, la mesure par interférométrie et la thérapie laser. L’excitation UV en 
spectroscopie Raman bénéficie ainsi de plusieurs avantages par rapport aux longueurs d’onde 
visibles : meilleure sensibilité  grâce à la dépendance de la diffusion en 1/λ4 et amélioration du rapport 
signal à bruit par la lecture d’un spectre éloigné des sources de luminescence davantage présentes 
dans la partie visible du spectre. Les diodes lasers émettant dans la bande 375 – 400 nm sont 
compactes mais souffrent d’un prix relativement élevé comparées aux diodes émettant à de plus 
grandes longueurs d’onde et ont souvent un régime multimodal à la fois transverse et longitudinal. 
Les diodes laser à base d’InGaN [1] sont communément utilisées pour une émission dans le bleu et 
ont aujourd’hui des puissances de sortie limitées à quelques centaines de milliwatts mais qui 
progressent rapidement. La technique d’affinage spectral d’une diode laser multimode par réinjection 
d’un mode longitudinal au moyen d’un miroir à réseau de Bragg fibré à bande étroite situé dans le 
pigtail de sortie s’avère donc particulièrement intéressante. Cette solution bien maîtrisée à 1.55µm 
[2] n’a jamais été publiée à notre connaissance pour les courtes longueurs d’onde envisagées dans 
cette étude. Elle rend possible la réalisation d’une solution compacte, flexible et stabilisante en 
longueur d’onde et à bas coût, apte à répondre aux applications de spectroscopie Raman, au stockage 
holographique ou à toute autre application nécessitant une source laser à grande longueur de 
cohérence. Elle s’appuie sur une première étude à base de réseaux de Bragg fibrés de longueur d’onde 
inférieure à 400 nm. 
2. CONCEPTION DES MIROIRS 
La technique de réalisation employée repose sur le phénomène de photosensibilité d’une fibre 
germanosilicate exposée transversalement à un champ de franges UV. La fibre de diamètre de mode 
2.4 µm à 400 nm a une longueur d’onde de coupure située autour de 370 nm. Le pas du masque de 
phase le plus petit pouvant être gravé commercialement et diffractant efficacement sur les ordres ±1 
est  Λ=275 nm ce qui ne permet pas d’atteindre une longueur d’onde de Bragg inférieure à 405 nm 
en inscription directe en considérant un indice effectif du mode fondamental n=1.474 après 
inscription. Afin de lever cette limitation, nous employons l’interféromètre de Talbot à masque de 
phase [3] montré en figure 1. Le faisceau TEM00 de puissance moyenne 100 mW correspond à la 
5ème harmonique (213 nm) d’un laser Nd:VO4 déclenché nanoseconde à un taux de répétition de 12.5 
kHz présentant une bonne efficacité pour inscrire dans une fibre silice à cœur dopé germanium sans 
  
hydrogénation préalable [4]. Après diffraction par un masque de phase de pas usuel Λ=1069 nm, les 
ordres ±1, émergeants avec un angle θ1, sont recombinés après réflexion sur deux miroirs plans. 
L’angle d’intersection des ordres détermine le pas des franges (et celui du réseau), selon la relation 
(1). Il peut varier avec la rotation α des miroirs sous le contrôle de platines de positionnement avec 
une résolution de 15µ°. Il est ajusté entre 101.8° et 105.0° afin d’obtenir λΒ Î [395 ; 405] nm. Les 
ordres sont focalisés par une lentille cylindrique située devant le masque de phase. Plusieurs réseaux, 
de profil uniforme et de longueur 3 mm, de réflectivités 30 à 90 %, de FWHM 35 pm, sont inscrits 
en balayant à différentes vitesses un champ de franges de 0.7 mm le long de la fibre. L’amplitude de 
modulation d’indice photoinduite est estimée à 0.5 x 10-4. 
 
Fig. 1 : Schéma de principe de l’interféromètre de Talbot à masque de phase 
 𝜆" = $.&'()*(,-./.0)     (1) 
 
 
Fig. 2 : Spectre de transmission d’un réseau de Bragg centré autour de 396,9 nm 
 
3. FILTRAGE DU LASER A SEMI-CONDUCTEURS EN CAVITE EXTERNE 
La source laser est constituée d’une diode laser FP en InGaN [5] de λ ≈ 398 nm, de type 
amplificateur réflectif (RSOA), couplée optiquement avec une cavité étendue par sa face de sortie 
traitée anti-reflet (R≈2%). La rétroaction optique sélective en longueur d’onde est ainsi obtenue en 
injectant l’émission de la diode par une optique de focalisation dans la fibre monomode du FBG de 
86 %. A l’autre bout du FBG, la fibre est reliée à tour de rôle à un analyseur de spectre optique, à un 
puissance-mètre et un Fabry-Perot d’analyse (FPA) de finesse 300 pour la caractérisation de 
l’émission laser filtrée. L’intervalle spectral libre de la cavité (10 cm dans l’air et 24 cm de fibre) est 
  
de 326 MHz. Pour un courant d’alimentation de 87 mA, l’atténuation spectrale du FBG apparaît dans 
le spectre multimode de la diode à 396.9 nm (Fig. 2). A 100 mA, au-dessus du seuil laser estimé à 88 
mA, nous mesurons une émission laser monomode longitudinale, de puissance 500 µW, de taux de 
réjection des modes latéraux de 25 dB et de largeur de raie inférieure à 3.2 MHz, limitée par la 
résolution de notre FPA après vérification sur un laser de référence à très faible largeur de raie [6].  
 
Fig. 3 : Spectre de la diode laser après rétroaction sur un réseau de Bragg fibré centré à 396.9 nm pour un 
courant d’alimentation de la diode de 100 mA (a). Le profil de raie mesurée correspond à la résolution spectrale 
du FPA (b).  
CONCLUSION 
Nous avons présenté le développement de réseaux de Bragg fibrés de longueurs d’onde 
centrales autour de 400 nm. L’affinage spectral à 396.9 nm, en cavité externe, d’une diode laser 
InGaN multimode permettant d’aboutir à une émission monomode de largeur de raie inférieure à 3.2 
MHz a été démontrée. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation de sources lasers UV 
monofréquences, à bas-coût et de longueurs de cohérence suffisantes pour répondre aux attentes du 
marché comme notamment les applications de spectrométrie Raman UV.  
 
REFERENCES 
[1] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto, 
“InGaN-Based Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diodes“, Jpn. J. Appl. Phys., 35, pp. L74-L76, 1996 
[2] A. Leroy, H. Helmers, H. Bissessur, G. Michaud, C. Duchemin, J-L Lafragette, S. Hubert, B. Thedrez, S. 
Rabaron, J. Jacquet, L. Lablonde, M. Boitel, “Less than 36pm wavelength drift over [0,50°C] range with low-
cost plug and play lasers with a-thermal wavelength selection in the connector“, paper WC6, OFC, 2001 
[3] K. Stump, T.K. Plant, Y. Sun, “Variable wavelength fibre Bragg gratings written with diffractive optical 
element“, Elect. Lett., vol. 36, n°6, pp. 567-569, 2000. 
[4] M. Gagné, R. Kashyap, “New nanosecond Q-switched Nd:VO4 laser fifth harmonic for fast hydrogen-free 
fiber Bragg gratings fabrication“, Opt. Commun, vol. 283, no. 24, 2010. 
[5] J. Dorsaz, A. Castiglia, G. Cosendey, E. Feltin, M. Rossetti, M. Duelk, C. Velez, J.-F. Carlin, and N. 
Grandjean, “AlGaN-Free Blue III-Nitride Laser Diodes Grown on c -Plane GaN Substrates“, Applied Physics 
Express, vol. 3, no. 9, p. 092102, 2010 
[6] M. Gay, A. Congar, D. Mammez, L. Lablonde, R. butté, N. Grandjean, P. Besnard, S. Trebaol, “Narrow 
Linewidth InGaN Laser Diodes Based on External Cavity Fiber Bragg Grating“, CLEO/Europe EQEC, 2019 
 
396,7 396,8 396,9 397,0 397,1
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
Pu
is
sa
nc
e 
op
tiq
ue
 [d
Bm
]
Longueur d'onde [nm]
-15 -10 -5 0 5 10 15
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
T
ra
ns
m
is
si
on
 
Fréquence [MHz]
Dn=3.2 MHz
a) b) 


Réseau de Bragg fibré pour le filtrage à bande étroite de l'émission autour de 400 nm d'une diode laser InGaN

HAL-Rennes 1

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02378414/document

Réseau de Bragg fibré pour le filtrage à bande étroite de l'émission autour de 400 nm d'une diode laser InGaN

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Archive Ouverte en Sciences de l'Information et de la Communication

HAL-Rennes 1