Contribution à l'étude du bruit d'amplitude de lasers dédiés aux télécommunications optiques

Abstract

288 pagesRelative intensity noise of lasers running at 1550 nm is studied. The two, three and four levels models for studying both statical and intensity noise laser behavior are presented and compared. Semiconductor laser model is also detailed. Experimental results on relative intensity noise of distributed feedback fiber lasers are presented. A Relative Intensity Noise measurement technic allowing the observation of very low value of noise (-170dB.Hz−1 for 1 mW) is detailled. The intensity noise of an original laser structure developed at the Laval University of Québec is also detailled. The influence of optical injection of semi-conductor lasers experimentally shows a reduction of intensity noise due to external pertubations at low frequency. Theoretical investigations indicate a noise transfer of intensity noise to the slave laser near the relaxation frequency of the master one.Ce manuscrit présente une étude du bruit d'amplitude des lasers à fibres et à semiconducteurs émettant à 1550 nm. Les modèles théoriques permettant d'étudier le comportement des lasers solides à deux, trois et quatre niveaux ainsi que celui des lasers à semiconducteurs sont présentés. Ils permettent de prévoir le bruit d'amplitude théorique des structures et montrent comment, à partir des mesures du RIN des lasers il est possible de remonter aux caractéristiques fondamentales des lasers. La technique de mesure du bruit d'amplitude utilisée au laboratoire est détaillée. Elle permet avec une très grande sensibilité de mesurer des bruits d'amplitude aussi faibles que -170 dB.Hz−1 pour 1 mW (0 dBm) détecté sur une plage de fréquences allant de 100 kHz à 22 GHz. Nous avons utilisé cet outil performant afin de caractériser différentes structures lasers, en particulier aux lasers à fibre DFB. Des structures originales fabriquées à l'Université Laval à Québec permettent un fonctionnement simultané de plusieurs canaux séparés de 50 GHz dans une structure ultra compacte. Nous avons montré que les différents modes longitudinaux de ces structures étaient indépendants et analogues aux modes de lasers à fibre monomondes. L'étude du transfert de bruit par injection optique a aussi été menée tant théoriquement qu'expérimentalement. Une étude des spectres optiques de laser à semi-conducteurs DFB à permis d'étudier le transfert d'impureté spectral, notamment du point de vue du bruit, pour les lasers soumis à injection optique. Nous avons mis en évidence la réduction des bruits aux basses fréquences du laser esclave lorsque leurs origines n'étaient pas optiques. L'étude théorique a mis en évidence un transfert du bruit d'amplitude aux fréquences correspondant à la fréquence de relaxation du laser maître