Brevet FR2488455A1 — publié le 19820212

-1-- "DISPOSITIF MUNI D'UNE DIODE LASER SEMICONDUCTRICE" L'invention concerne un dispositif muni d'une diode laser semiconductrice. Lorsqu'une diode laser semiconductrice, dont la cohé- rence de la lumière émise est élevée à grande distance de la diode est couplée à une fibre de verre à indice de ré- fraction gradué ou, d'une façon générale, à une fibre mul- timode, c'est-à-dire une fibre dans laquelle la propagation de la lumière est possible suivant plusieurs modes, et qu'il se trouve dans la voie de transmission au moins un couplage de fibre non idéal ou, d'une façon générale, des liaisons à effet filtrant dans I'espa e,il se produit du coté de réoep- tion de la fibre ce que l'on appelle du bruit de mode. Le phénomène de bruit de mode est décrit aux pages 492 à 501 de la publication "Proceedings of the Fourth European Conference on Optical Communication", 12-15 sep- tembre 1978, Génes. Dans cette publication, il est précisé également que par l'emploi d'une diode laser à plus grande largeur de ligne spectrale d'un mode longitudinal et par conséquent à moins grande longueur de cohérence, il est possible de réduire fortement le bruit de mode. L'invention a pour but de procurer un dispositif muni d'une diode laser semiconductrice grâce auquel, en partant d'une liode laser qui, en soi, a une faible largeur de ligne spectrale d'un mode longitudinal, il est obtenu à l'égard de la diode laser un spectre optique qui convient pour réduire le bruit de mode dans les systèmes de trans- mission par fibres. Le dispositif conforme à l'invention et muni d'une diode laser semiconductrice est remarquable en ce qu'une -2- des faces terminales de la diode laser semiconductrice est couplée optiquement à une extrémité d'un tronçon d'un guide d'ondes optiques monomode dont l'autre extrémité aboutit sur une face au moins partiellement réfléchissante. La figure 1 représente une diode laser semiconductrice 1 du type stratifié montée sur un bloc refroidisseur 2 ser- ti dans un support 3. La couche active 4 se trouve entre les faces terminales réfléchissantes 5 et 6 qui forment le résonateur de laser. Lesdites faces terminales 5 et 6 sont des miroirs perméables en partie qui laissent passer une partie de la lumière incidente. La lumière que laisse passer la face terminale 5 est, à l'aide d'un couplage 7, couplée au noyau d'une fibre de transmission 8, par exemple une fibre à indice de réfrac- tion gradué, fibre qui constitue le début d'un système de transmission (longue distance). La relation entre la puissance optique P de la diode laser et la longueur d'onde X peut fournir la courbe illus- trée sur la figure 2 lorsqu'il s'agit d'une diode laser de qualité convenable. La pratique a permis de constater que lors de l'emploi de ce genre de diodes lasers il se produit du côté de réception du système de transmission optique un bruit de type déterminé que l'on appelle bruit de mode. Dans la fibre de transmission et jusqu'à des endroits très éloignés de la diode laser, une diode laser à faible lar- geur de ligne spectrale B et donc à grande longueur de cohé- rence peut provoquer des répartitions d'intensité variables sur la section de la fibre; celles-ci, par exemple derrière un couplage de fibre non idéal, peuvent donner lieu à une modulation d'intensité du signal optique. En raison de leur forme, ces répartitions d'intensité sont désignées par l'ex- pression "configurationsde taches". Pour réduire le bruit de mode dans le système de trans- mission, la face terminale 6 de la diode laser est couplée optiquement, à l'aide d'un couplage optique 9, à une extré- -3- mité d'un tronçon d'une fibre monomode 10 dont l'autre ex- trémité est rendue réfléchissante par un miroir 11. Une partie de la lumière de la diode laser, partie que laisse passer sa face terminale 6, est couplée, à l'aide du couplage 9, à la fibre monomode 10 et revient, après être réfléchie sur le miroir 11, dans la diode laser. La- dite fibre 10 constitue donc une voie de réaction optique externe pour la diode laser. De ce fait, la largeur de ligne spectrale B' de la diode laser augmente, alors que la fine structure d'un mode s'avère être formée par plu- sieurs résonances à distance mutuelle Af respectant appro- ximativement l'expression: Af = Vg/2L dans laquelle la référence Vg indique la vitesse de groupe dans la fibre 10 alors que la référence L indique la lon- gueur de cette fibre. La relation entre la puissance op- tique P et la longueur d'onde X lors de l'emploi de la réaction optique externe fournira la courbe que montre la figure 3. Des expériences ont permis de constater qu'il est essen- tiel que la fibre 10 n'autorise la propagation de là lu- mière que dans un seul mode, étant donné que s'il n'en était pas ainsi, des fluctuations de phase pourraient survenir dans la lumière réfléchie par la fibre 10 vers la diode laser, fluctuations qui sont de nature à pouvoir provoquer un bruit supplémentaire dans le signal de sortie optique de ladite diode laser. Suivant une variante de réalisation, le miroir 11 peut être remplacé par une couche réfléchissante 12 élaborée sur l'extrémité de la fibre 10. Une autre possibilité est de coupler l'extrémité de la fibre à une photodiode en silicium pouvant faire office d'élément d'asservissement, cas dans lequel la réflexion se produit à la jonction fibre-diode. Les deux possibilités précisées ci-dessus peuvent également être combinées lorsque la couche réfléchissante 11 est -4- rendue en partie transparente. Des couplages élaborés entre une diode laser et une fibre monomode en vue de réaliser le couplage 9 sont connus de l'art antérieur, par exemple de la publication "Procee- dings of the First European Conference on Optical Fiber Communication", pages 114 à 116, 16-18 septembre 1975, Londres, (article de Khoe). Suivant une autre variante de réalisation qui n'est pas illustrée sur les figures, on peut utiliser, au lieu de la fibre monomode 10, un guide d'ondes optique monomode plan intégré. Un couplage entre une diode laser et un tel guide d'ondes est décrit par exemple aux pages 1847 à 1852 de la publication "Applied Optics", volume 10, juin 1980. La plus grande largeur de ligne spectrale d'un mode longitudinal de la diode laser va de pair avec une moins grande longueur de cohérence, comme démontré par exemple- dans la publication "IEEE Journal of Quantum Electronics", volume QE-15, août 1978, pages 782 à 786 (VELZEL et autres). De ce fait, la formation de configurationsde taches reste limitée jusqu'à faible distance de la diode laser. Si l'on n'utilise pas la réaction optique externe, cette distance peut être égale à quelques kilomètres dans le cas d'une fibre à indice de réfraction gradué. En mettant à profit l'invention la distance dans laquelle la formation de confi- gurations de taches est possible dans la fibre de transmis- sion peut être ramenée à un mètre ou à quelques mètres, ce qui dépend de l'accroissement de la dispersion encore tout juste admissible. Il faut, dans ce cas, éviter que, dans cette courte distance, soient utilisés des couplages de fibre non idéaux ou d'autres liaisons à effet de filtrage dans l'espace.On évite alors l'apparition de bruit de mode, plus loin, dans la fibre de transmission. Dans un cas pratique, on a utilisé une fibre monomode 10 à diamètre de noyau égal à 6 microns, à numéro _V égal à 2.2 et de longueur L = 50 mm, -5- tandis que le rendement du couplage 9 était égal à environ %. Toutefois, on a pu constater que parmi les paramètres cités, il n'y en avait aucun dont la valeur soit critique. - REVENDICATIONS - 1.- Dispositif muni d'une diode laser (1) semiconduc- trice, caractérisé en ce qu'une des faces (6) terminales de la diode laser est couplée optiquement à une extrémité d'un tronçon d'un guide d'ondes optiques monomode (10) dont l'autre extrémité aboutit sur une face (11) au moins par- tiellement réfléchissante. - 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur ladite autre extrémité du guide d'ondes op- tiques monomode est élaborée une couche (12) qui est au moins partiellement réfléchissante.