Présentation

Les composants en micro-cavité verticale à couplage par la surface : - Ils présentent certains avantages par rapport aux composants à émission par la tranche : couplage vers la fibre optique facilité  (pas de faces clivées, émission circulaire mieux adaptée au mode de la fibre ..), possibilité de réaliser facilement des matrices de composants. - Nous nous intéressons aux sources laser en micro-cavité à émission par la surface (VCSEL ou VECSEL) émettant à 1.55 µm, et aux dispositifs à absorbant saturable en micro-cavité. Ces derniers nous permettent de réaliser des fonctions non-linéaires utiles pour la génération d'impulsions courtes à partir de lasers VECSEL en regime de blocage de modes, mais aussi pour le traitement tout-optique de signaux à haut debit à 1.55 µm - Un enjeu commun important de l'ensemble de ces composants est la dissipation efficace de la chaleur generée par l'absorption ou le pompage électrique ou optique, hors de la microcavité. Les domaines d'application : - Le traitement tout-optique du signal dans les réseaux de télécommunications à très haut-débit à 1.55 µm, et plus particulièrement la régénération des signaux haut-débit (suppression du bruit accumulé sur les niveaux '0' et '1'). Nous développons des dispositifs regénérateurs rapides compatibles avec des débits > 40 Gb/s, avec le multiplexage en longueur d'onde,  ne nécessitant pas de conversion opto-électronique du signal, et mettant en oeuvre une optique de couplage bas-coût. - Miroirs à absorbant saturable (ou SESAMs, SEmiconducteur Saturable Absorber Mirrors) pour l'émission laser impulsionnelle à partir de sources en régime de blocage de modes. - Lasers VCSEL accordables en longueur d'onde : sources optiques pour les systèmes capteurs à réseau de Bragg sur fibre optique, ou pour les techniques d'imagerie optique nécessitant des sources large bande (tomographie optique par exemple). Le fonctionnement à 1.55 µm permet le transport sans pertes du signal sur fibre standard. - Lasers VECSEL en régime de blocage de modes : source optique de déclenchement dans des systèmes de démultiplexage de signaux haut-debit, d'échantillonnage tout-optique de signaux (pour la conversion analogique-numérique de signaux optiques par exemple). Ces types de laser émettent en effet des trains d'impulsions courtes (< 1 ps) présentant une faible gigue temporelle. Ils pourraient aussi concurrencer d'autres sources d'impulsions sub-picosecondes (lasers à fibre, ou laser Ti:Sa). LES ETUDES : Dispositifs non-linéaires pour le traitement tout-optique de signaux haut-débit Miroir à absorbant saturable Lasers à cavité verticale étendue à émission par la surface (VECSELs) : VECSELs en regime de blocage de modes VECSELs accordables en longueur d'onde VECSELs pompés électriquement

Membres

Contacts

Oudar Jean-Louis	(+33) 1 69 63 61 49
Bouchoule Sophie	(+33) 1 69 63 61 53

Et aussi...

Aubin Guy	(+33) 1 69 63 61 51
Harmand Jean-Christophe	(+33) 1 69 63 60 81
Patriarche Gilles	(+33) 1 69 63 61 73
Sagnes Isabelle	(+33) 1 69 63 61 71
Zhao Zhuang	(+33) 1 69 63 61 19
Fang Li	(+33) 1 69 63 63 54

Publications

• Sub-picosecond pulse generation from a 1.56 µm mode-locked VECSEL , Z. Zhao, S. Bouchoule, J. Song, E. Galopin, J.-C. Harmand, J. Decobert, G. Aubin, J.-L. Oudar, Opt. Lett. 36 (issue 22), 4377 (2011)
• A Passive All-Optical Device for 2R Regeneration Based on the Cascade of Two High-Speed Saturable Absorbers , H.-T. Nguyen, C. Fortier, J. Fatome, G. Aubin, J.-L. Oudar, J. Lightwave Technol. 29, 1319 (2011)
• 130 mW average power, 4.6 nJ pulse energy, 10.2 ps pulse duration from an Er(3+) fiber oscillator passively mode locked by a resonant saturable absorber mirror , A. Cabasse, D. Gaponov, K. Ndao, A. Khadour, J.-L. Oudar, G. Martel, Opt. Lett. 36, 2620 (2011)
• New saturable absorber device for high bit rate all-optical regeneration , J.-L. Oudar, H.-T. Nguyen, G. Aubin, Q. T. Le, L. Bramerie, M. Gay, M. Joindot, J.-C. Simon, Proc. SPIE 7987, 798708 (2011)
• Ultrashort pulse generation from 1.56 µm mode-locked VECSEL at room temperature [PDF] , A. Khadour, S. Bouchoule, G. Aubin, J.-C. Harmand, J. Decobert, J.-L. Oudar, Optics Express 18, 19902 (2010)
• Timing Jitter Reduction of a Mode-locked VECSEL Using an Optically Triggered SESAM , G. Baili, M. Alouini, L. Morvan, D. Dolfi, A. Khadour, S. Bouchoule, J.-L. Oudar, IEEE Phot. Techn. Lett. 22, 1434 (2010)
• Bit-error-rate assessment of 170Gbit/s Regeneration using a saturable absorber and a nonlinear-fiber-based power limiter , M. Gay, M. Costa e Silva, T.N. Nguyen, L. Bramerie, T. Chartier, M. Joindot, J.-C. Simon, J. Fatome, C. Finot, J.-L. Oudar, IEEE Phot. Techn. Lett. 22 (3), 158 (2010)
• Saturable-absorber-based phase-preserving amplitude regeneration of RZ DPSK signals , Q. T. Le, L. Bramerie, H.-T. Nguyen, M. Gay, S. Lobo, M. Joindot, J.-L. Oudar, J.-C. Simon, IEEE Phot. Techn. Lett. 22 (12), 887 (2010)
• Thermoreflectance imaging of laser diodes and VCSELs along and perpendicular to the emission direction , M. Bardoux, A. Bousseksou, G. Tessier, S. Bouchoule, D. Fournier, A. Sahlic, Y. Rouillard, F. Genty, Opt. Eng. vol. 4 (issue 3-4), 473 (2009)
• Tunable doped-fibre vertical cavity surface emitting laser , N. Laurand, S. Calvez, M. D. Dawson, S. Bouchoule, J.-C. Harmand, J. Decobert, Electron. Lett. 45, 887 (2009)
• All-optical 2R regeneration using passive saturable absorption , Q. T. Le, A. O’Hare, H.-T. Nguyen, L. Bramerie, M. Gay, G. Aubin, H. Ramanitra, M. Joindot, J.-L. Oudar, J.-C. Simon, Opt. Commun. 282, 2768 (2009)
• High power dissipative soliton in an Erbium-doped fiber laser mode-locked with a high modulation depth saturable absorber mirror , A. Cabasse, G. Martel, J.-L. Oudar, Optics Express 17(12), 9537 (2009)
• Thermal optimization of 1.55 um OP-VECSEL with hybrid metal-metamorphic mirror for single-mode high power operation [PDF] , J.-P. Tourrenc, S. Bouchoule, A. Khadour, J.-C. Harmand, A. Miard, J. Decobert, N. Lagay, X. Lafosse, I. Sagnes, L. Leroy, J.-L. Oudar, Opt. Quant. Electron. 40, 155 (2008)
• A passive all-optical semiconductor device for level amplitude stabilization based on fast saturable absorber , H.-T. Nguyen, J.-L. Oudar, S. Bouchoule, G. Aubin, S. Sauvage, Appl. Phys. Lett. 92, 111107 (2008)
• All-optical sampling and spectrographic pulse measurement using cross-absorption modulation in multiple-quantum-well devices , D. Reid, P.J. Maguire, L. P. Barry, Q. T. Le, S. Lobo, M. Gay, L. Bramerie, M. Joindot, J.-C. Simon, D. Massoubre, J.-L. Oudar, G. Aubin, J. Opt. Soc. Am. B 25, A133 (2008)
• 1.55µm InP-based electrically pumped VECSELs: comparison of buried and implanted tunnel junctions as current confinement schemes for the realization of large diameter devices , A. Bousseksou, S. Bouchoule, M. El Kurdi, I. Sagnes, G. Beaudoin, P. Crozat, J. Jacquet, Proc. SPIE Vol 6484, 64840G (2007)
• High power single-longitudinal-mode OP-VECSEL at 1.55 mu m with hybrid metal-metamorphic Bragg mirror [PDF] , J.-P. Tourrenc, S. Bouchoule, A. Khadour, J. Decobert, A. Miard, J.-C. Harmand, J.-L. Oudar, Electron. Lett. 43, 754 (2007)
• WDM compatible 2R regeneration device based on eight-channel saturable absorber module , Q. T. Le, L. Bramerie, S. Lobo, M. Gay, M. Joindot, J.-C. Simon, A. Poudoulec, M. Van der Keur, C. Deverny, D. Massoubre, J.-L. Oudar, G. Aubin, A. Shen, J. Decobert, Electron. Lett. 43 (23), 1305 (2007)
• All-optical reshaping based on a passive saturable absorber microcavity device for future 160 Gbit/s applications, J , J. Fatome, S. Pitois, A. Kamagate, G. Millot, D. Massoubre, J.-L. Oudar, IEEE Phot. Techn. Lett. 19 (4), 245 (2007)
• 80-Gb/s OTDM system analysis of a vertical microcavity-based saturable absorber for the enhancement of pedestal suppression , A. M. Clarke, P. M. Anandarajah, L. Bramerie, C. Guignard, R. Maher, D. Massoubre, A. Shen, J.-L. Oudar, L. P. Barry, J.-C. Simon, IEEE Phot. Techn. Lett. 19(5), 321 (2007)
• Cascadability and reshaping properties of a saturable absorber inserted inside a RZ transmission line for future 160-Gbit/s all-optical 2R-regenators , J. Fatome, S. Pitois, D. Massoubre, J.-L. Oudar, G. Millot, Opt. Commun. 279, 364 (2007)
• All-optical extinction ratio enhancement of a 160GHz pulse train using a saturable absorber vertical microcavity , D. Massoubre, J.-L. Oudar, J. Fatome, S. Pitois, G. Millot, J. Decobert, J. Landreau, Opt. Lett. 31, 537 (2006)
• Very low insertion loss and switching energy all-optical gate for 40Gbit/s WDM networks , D. Massoubre, J.-L. Oudar, J. Dion, A. Shen, J. Decobert, J. Landreau, Proc. SPIE 6018, 350 (2006)
• Cascadability Assessment of a 2R Regenerator Based on a Saturable Absorber and a Semiconductor Optical Amplifier in a Path Switchable Recirculating Loop , M. Gay, L. Bramerie, D. Massoubre, A. O’Hare, A. Shen, J.-L. Oudar, J.-C. Simon, IEEE Phot. Techn. Lett. 18, 1273 (2006)
• Quantum-well saturable absorber at 1.55 mu m on GaAs substrate with a fast recombination rate , M. Le Dû, J.-C. Harmand, O. Mauguin, L. Largeau, L. Travers, J.-L. Oudar, Appl. Phys. Lett. 88, 201110 (2006)
• Analysis of thermal limitations in high speed microcavity saturable absorber all-optical switching gates , D. Massoubre, J.-L. Oudar, A. O’Hare, M. Gay, L. Bramerie, J.-C. Simon, A. Shen, J. Decobert, J. Lightwave Technol. 24, 3400 (2006)
• Fabrication and characterization of 1.55 mu m single transverse mode large diameter electrically pumped VECSEL [PDF] , A. Bousseksou, S. Bouchoule, M. El Kurdi, M. Strassner, I. Sagnes, P. Crozat, J. Jacquet, Opt. Quant. Electron. 38, 1269 (2006)
• Thermal conductance of laterally-wet-oxidised GaAs/AlxOy Bragg reflectors , M. Le Dû, D. Massoubre, J.-C. Harmand, J.-L. Oudar, Electron. Lett. 42, 1060 (2006)
• Scaling of the switching energy in microcavity saturable absorber devices , D. Massoubre, J.-L. Oudar, J. Dion, J.-C. Harmand, A. Shen, J. Landreau, J. Decobert, Appl. Phys. Lett. 88, 153513 (2006)
• Room temperature CW lasing operation of monolithically grown 1.55 µm vertical external cavity surface emitting laser , C. Symonds, I. Sagnes, J.-L. Oudar, S. Bouchoule, A. Garnache, J. Berggren, M. Strassner, Opt. Commun. 230, 419 (2004)
• Room temperature continuous-wave laser operation of an Electrically-Pumped 1.55 µm VECSEL , M. El Kurdi, S. Bouchoule, A. Bousseksou, I. Sagnes, A. Plais, M. Strassner, C. Symonds, A. Garnache, J. Jacquet, Electron. Lett. 40, 671 (2004)
• Wavelength tunable InP-based EP-VECSEL operating at room temperature and in CW at 1.55µm , A. Bousseksou, M. El Kurdi, D. Salik, I. Sagnes, S. Bouchoule, Electron. Lett. 40, 1490 (2004)
• Regeneration capabilities of passive saturable absorber-based optical 2R in 20Gbit/s RZ DWDM long-haul transmissions , F. Seguineau, D. Rouvillain, H. Choumane, G. Aubin, J.-L. Oudar, P. Brindel, B. Lavigne, O. Leclerc, Electron. Lett. 39, 857 (2003)
• Ultrafast quantum-well saturable absorber devices and their application to all-optical regeneration of optical telecommunication optical signals , J.-L. Oudar, G. Aubin, J. Mangeney, S. Loualiche, J.-C. Simon, A. Shen, O. Leclerc, Annals of Telecommunications 58, 1667 (2003)
• optical 2R regenerator based on passive saturable absorber for 40Gbit/s WDM long haul transmission , D. Rouvillain, F. Seguineau, L. Pierre, P. Brindel, H. Choumane, G. Aubin, J.-L. Oudar, O. Leclerc, Electron. Lett. , 1113 (2002)
• Comparison of light- and heavy-ion-irradiated quantum-wells for use as ultrafast saturable absorbers , J. Mangeney, H. Choumane, G. Patriarche, G. Le Roux, G. Aubin, J.-C. Harmand, H. Bernas, J.-L. Oudar, Appl. Phys. Lett. 79, 2722 (2001)
• Ultrafast saturable absorption in heavy-ion irradiated quantum well vertical cavity , J. Mangeney, J.-L. Oudar, J.-C. Harmand, C. Mériadec, G. Patriarche, G. Aubin, N. Stelmakh, J. M. Lourtioz, Appl. Phys. Lett. 76, 1371 (2000)
• system application of 1.5µm ultrafast saturable absorber in 10Gbit/s long-haul transmission , J. Mangeney, S. Barré, G. Aubin, J.-L. Oudar, O. Leclerc, Electron. Lett. , 1725 (2000)
• All-optical discrimination at 1.5µm using ultrafast saturable absorber vertical cavity device , J. Mangeney, G. Aubin, J.-L. Oudar, J.-C. Harmand, G. Patriarche, H. Choumane, N. Stelmakh, J. M. Lourtioz, Electron. Lett. , 0 (2000)

Contrats et projets

ANR RNRT

FUTUR : Fonctions optiqUes pour Transmission à très haUt débit dans le Réseau coeur

Référence de contrat : Programme TELECOM
Responsable(s) LPN : Jean-Louis Oudar
Principaux objectifs : Développement et étude de l'insertion de fonctions optiques à base de fibres optiques spéciales ou à base de semiconducteurs dans des lignes de transmissions à très haut débit (160 Gbit/s ou plus) (2007-2010)

TONICS : ANR Telecom - Technologies d'échantillONnage linéaire et non-linéaire pour applicatIons en Conversion analogique/numérique et en tranSmission à très haut-débit

Référence de contrat : ANR Telecom
Responsable(s) LPN : Jean-Louis Oudar, Sophie Bouchoule, Guy Aubin
Principaux objectifs : L’objectif du projet est de développer des méthodes d’échantillonnage optique afin de réaliser, d’une part, la conversion analogique numérique d’un signal millimétrique (40 et 60 GHz) sur porteuse optique, et d’autre part, un circuit d’échantillonnage optique linéaire d’un signal optique tres haut-debit (> 40 Bb/s), permettant de mesurer le diagramme de l’œil et de constellation du signal. Les éléments clés sont une source laser d’impulsions à très faible gigue (pour la conversion analogique-numérique et pour le circuit d’échantillonnage linéaire) et une porte optique d’échantillonnage rapide. Deux sources d’impulsions à la longueur d’onde de 1.55 µm sont étudiées : des diodes laser à boites quantiques monolithiques en régime de blocage de modes, et des lasers en cavité verticale étendue en régime de blocage de mode. Les fréquences de répétition visées se situent dans la gamme 50MHz-500MHz (échantillonneur optique linéaire) et 2GHz-20 GHz (pour la conversion analogique-numérique, fixé par la bande passante du signal millimétrique à échantillonner). La caractéristique critique de la source optique impulsionnelle est la faible gique temporelle. - Partenaires : Alcatel-Thales III-V lab (porteur, Thales Research and Technology, Thales Aeroported systems, Aevix (PME), Europtest (PME) et LPN-CNRS. - Durée du projet : 01/2006 – 06/2009. (2006-2009)

ASTERIX : Absorbant saturable pour régénération térabits multiplexée en longueurs d'onde

Référence de contrat : RNRT
Responsable(s) LPN : Jean-Louis Oudar
Principaux objectifs : Conception, démonstration et réalisation pré-industrielle d\'un module d\'amélioration de contraste des signaux optiques pour un débit de 1 Tbit/s reposant sur un absorbant saturable ultra-rapide. Associé à un amplificateur optique à fibre, le module assurera une régénération de type 2R, permettant d\'augmenter les performances des liaisons numériques par fibre optique (débit, espacement entre répéteurs) (2002-2006)

Propositions de stages

Stage

• Émission bi-fréquence d'une source VECSEL à 1,5µm pour la mesure de l’effet Brillouin dans les capteurs à fibres optiques

Date de début de l'offre : 2012-03-01
Niveau : Master2
Thème : Composants microélectroniques et photoniques (CMEP)
Contact : J.-L. Oudar , S. Bouchoule
Groupe : Composants Photoniques pour les Applications Télécoms (PHOTEL)
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Les capteurs de déformations et de variations de température déportés sur fibre optique exploitant le phénomène de diffusion Brillouin dans la fibre (effet non-linéaire sensible à la température et aux déformations mécaniques), font actuellement l’objet d’une forte investigation scientifique. Le principe repose sur l’analyse spectrale de l’onde Stokes rétrodiffusée tout le long de la fibre à partir d’une impulsion optique injectée. Cette mesure se fait le plus souvent dans le domaine des radiofréquences autour de 10GHz. L’objectif de ce travail est d’étudier une solution innovante potentiellement bas coût reposant sur une méthode de mesure du décalage Brillouin dans le domaine basse fréquence (<1GHz). Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d’une source bi-fréquence dont l’écart fréquentiel soit voisin de celui lié à l’effet Brillouin. Même si la fréquence de chaque onde optique de l’émission laser varie varie, leurs fluctuations de fréquences restent corrélées, et l’écart Delta_f restera stable. Au cours de ce stage, l'étudiant participera au développement d’une source laser de type VECSEL pompée optiquement, émettant vers 1.55 µm et bi-fréquence dont la fréquence de battement pourra être accordée près de la fréquence Brillouin. Ce travail s’appuiera pour une part sur les développements de sources VECSEL à 1.55 µm déjà effectués au LPN. - Compétences mise en œuvre : travail théorique et expérimental (participation à la fabrication de VECSEL en salle blanche, assemblage du prototype de cavité laser pour l’émission bi-fréquence) - Ce stage pourra se prolonger par un travail de thèse sur le développement de sources VECSEL bi-fréquences à 1.55 µm et leur utilisation pour la détection de signaux Brillouin par hétérodynage optique, en collaboration avec l’IFSTTAR et EDF. -Date démarrage souhaitée : Mars 2012. -Contact : jean-louis.oudar@lpn.cnrs.fr

Stages passés et en cours

Post-doctorat

• Dispositifs non-linéaires en microcavité verticale pour le traitement tout-optique de signaux haut-débit

H.-T. Nguyen-(2010-01-01 / 2010-12-31)
Thème : Composants microélectroniques et photoniques (CMEP)
Contact : J.-L. Oudar
Groupe : Composants Photoniques pour les Applications Télécoms (PHOTEL)
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Thèse

• Dispositifs absorbants saturables ultra-rapides pour la génération d'impulsions brèves et le traitement de signaux optiques

L. Fang-(En cours depuis 2011-11-01)
Thème : Composants microélectroniques et photoniques (CMEP)
Contact : J.-L. Oudar
Groupe : Composants Photoniques pour les Applications Télécoms (PHOTEL)
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The main objective of the doctoral work will be to improve the performance of ultrafast saturable absorber devices, by introducing specific nanostructures to enhance the local electric field and lower the saturation threshold. New cavities will be designed to increase the device optical bandwidth, and also to allow the fabrication of multi-wavelength saturable absorbers chips, in order to demonstrate WDM compatible saturable absorber modules. Specific designs will developed to use these devices in all-optical sampling of high bit rate data signals.


• Génération d’impulsions courtes à partir de VECSELs à verrouillage de modes à la longueur d’onde de 1.55 µm pour les télécommunications et l’instrumentation optique

Z. Zhao-(En cours depuis 2009-11-01)
Thème : Composants microélectroniques et photoniques (CMEP)
Contact : S. Bouchoule , J.-L. Oudar
Groupe : Composants Photoniques pour les Applications Télécoms (PHOTEL)
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Les sources à émission par la surface en cavité étendue en régime de verrouillage de modes présentent des propriétés remarquables pour la génération d’impulsions courtes et de moyenne à forte puissance : bonne qualité de faisceau (TEM0,0), forte puissance de sortie (10 mW à 100 mW et plus), impulsions courtes (< 1ps) en limite de Fourier et faible gigue temporelle de par la grande finesse de la cavité.
Les résultats obtenus au LPN à la longueur d’onde de 1.55 µm dans le cadre du développement d‘une source de déclenchement dans un système d’échantillonnage tout-optique de signaux haut-débit ont confirmé ces potentialités : des impulsions de durée 1-2 ps en quasi-limite de Fourier ont été générées à la cadence de 2 GHz en émission TEM00, présentant une largeur de raie RF inférieure à 1000Hz. Le dispositif fonctionne à la température ambiante avec une puissance moyenne de quelques dizaines de mW. L’objectif du travail de thèse est d’aboutir à un meilleur contrôle des effets dispersifs et des instabilités dans la cavité VECSEL, pour comprendre quelles sont les durées d’impulsions ultimes accessibles avec ce type de composant. Les structures miroir à absorbant saturable et 1/2-VCSEL seront optimisées pour maximiser la puissance émise et la puissance intra-cavité, améliorer encore la dynamique de l’absorbant saturable, et équilibrer les effets dispersifs de ces deux composants. Les applications se situent dans le domaine des télécommunications optiques (échantillonnage tout optique, déclenchement de commutateurs rapides), dans le domaine de l’imagerie (excitation de fluorescence après doublage de fréquence, ..).
En relation avec Wuhan National Laboratory for Optoelectronics (WNLO), Chine, groupe du Pr. X. Zhang.

Stage

• Etude de la stabilité des trains d'impulsions générés par des lasers VCSELs à blocage de modes émettant à 1.55µm à des cadences multi-GHz

G. Leclert-(2009-10-01 / 2010-09-30)
Niveau : Master2
Thème : Composants microélectroniques et photoniques (CMEP)
Contact : J.-L. Oudar , S. Bouchoule
Groupe : Composants Photoniques pour les Applications Télécoms (PHOTEL)
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