# Étude de cavité laser hybride émettant autour de 965nm pour la génération de peigne de fréquences

Mayssa Dammak, Sylvain Boust, Quentin Wilmart, Jonathan Faugier-Tovar, Sylvain Guerber, Antoine Elias, Olivier Parillaud, Eva Izquierdo, Guillaume Daccord, Michel Garcia, et al.

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Mayssa Dammak, Sylvain Boust, Quentin Wilmart, Jonathan Faugier-Tovar, Sylvain Guerber, et al. "Étude de cavité laser hybride émettant autour de 965nm pour la génération de peigne de fréquences." JCOM 2025 - Journée du Club optique Micro-onde, Jun 2025, Toulouse, France., 2025. hal-05334475

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Submitted on 28 Oct 2025

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# Étude de cavité laser hybride émettant autour de 965nm pour la génération de peigne de fréquences

Mayssa DAMMAK<sup>1,3</sup> Sylvain BOUST<sup>1</sup>, Quentin WILMART<sup>2</sup>, Jonathan FAUGIER-TOVAR<sup>2</sup>, Sylvain GUERBER<sup>2</sup>, Antoine ELIAS<sup>1</sup>, Olivier PARILLAUD<sup>1</sup>, Eva IZQUIERDO<sup>1</sup>, Guillaume DACCORD<sup>1</sup>, Michel GARCIA<sup>1</sup>, Michel KRAKOWSKI<sup>1</sup>, Olivier GAUTHIER-LAFAYE<sup>3</sup>, François DUPORT<sup>1</sup>

<sup>1</sup> III V Lab, GIE entre Thales Research and Technology, Nokia et CEA LETI, 91767 Palaiseau Cedex

<sup>2</sup> Univ. Grenoble Alpes, CEA, LETI, 38000 Grenoble, France

<sup>3</sup> LAAS-CNRS, Université de Toulouse, CNRS, 31400 Toulouse

Les lasers à verrouillage de mode jouent un rôle clé dans des domaines tels que la détection, la métrologie et les systèmes radiofréquence photoniques, où leur stabilité spectrale permet une génération de signaux RF de haute pureté. Dans ce cadre, les lasers hybrides à cavité étendue, combinant une puce InP et une puce en nitrure de silicium (SiN), constituent une solution performante adaptée aux exigences de ces applications autour de 1550 nm [1]. Cependant, l'exploration de nouvelles longueurs d'onde est intéressante pour par exemple bénéficier de la moindre sensibilité thermique à plus courte longueur d'onde. C'est dans cette perspective que nous proposons l'étude des composants fondamentaux d'une cavité étendue hybride émettant autour de 965 nm, basée sur l'aboutement d'une puce GaAs et d'une puce SiN.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 1 Structure d'un laser hybride</figcaption></figure>

La Figure 1 représente la cavité laser développée. Il s'agit d'une architecture hybride combinant un amplificateur optique à semi-conducteurs (RSOA) abouté à un réflecteur de Bragg (Distrubuted Bragg Reflector ou encore DBR) intégré sur une plateforme en nitrure de silicium. Cette configuration permet d'avoir des lasers à faibles intervalle spectral libre (ISL) pour des activités de type RADAR ou LIDAR et assure la haute sélectivité des modes optiques. Nous présentons les mesures associées à chaque brique de la cavité (RSOA et DBR).

Les amplificateurs optiques à semi-conducteurs réfléchissants (RSOA) sont constitués d'une hétérostructure sur un substrat de GaAs, contenant un puits quantique en GaInAs intégrée dans une grande cavité optique (LOC, pour *Large Optical Cavity*). La particularité de ces composants réside dans l'absence d'aluminium dans la zone active, ce qui contribue à une fiabilité accrue de la structure [2]. Le tableau 1 présente les mesures de gain à différents courants et puissances d'entrée. Les mesures de gain tiennent compte des pertes de couplage estimées à environ 4,5 dB. Par ailleurs, aucun phénomène de saturation n'a été observé pour des puissances d'entrée comprises entre -25dBm et -15dBm. Les limitations du banc de test, telles que les rétroactions induisant une émission laser non souhaitée, ne nous ont pas permis d'effectuer des mesures à des courants plus élevés. Des améliorations sont prévues afin de permettre des mesures de gain à des courants plus élevés.
<table><thead><tr><th>Puissance(dBm)<br>Courant (mA)</th><th>-25</th><th>-20</th><th>-15</th></tr></thead><tbody><tr><th>50</th><td>-5.67</td><td>-5.56</td><td>-5.54</td></tr><tr><th>75</th><td>2.87</td><td>2.92</td><td>2.86</td></tr><tr><th>100</th><td>8.54</td><td>8.63</td><td>8.61</td></tr><tr><th>120</th><td>13.23</td><td>13.15</td><td>12.91</td></tr></tbody></table>

Tableau 1 Récapitulatif des mesures de gain d'un RSOA de largeur de ruban de 3µm

La Figure 2 a.) présente une mesure de réflectivité d'un réseau de Bragg (DBR) qui sert de miroir dans la cavité laser. La particularité de ces miroirs est la sélectivité par rapport à la longueur d'onde. Les guides intégrés sont issus de la plateforme du CEA-LETI. Ils sont réalisés en nitrure de silicium de 300 nm d'épaisseur et de 600 nm de large, sur un substrat de silicium en utilisant une lithographie électronique [3]. La mesure de la réflectivité est réalisée en injectant un laser accordable sur un large spectre dans le composant passif et en mesurant le signal réfléchi par le biais d'une photodiode.

La Figure 2b.) présente le spectre obtenu en aboutant un RSOA polarisé à 300m A avec le DBR présenté. Le signal optique émis est centré autour de la longueur d'onde de Bragg. Cette mesure préliminaire montre une émission multimode, mais reste à compléter par d'autres mesures afin de vérifier si le verrouillage des modes a bien lieu dans la cavité laser. En effet la résolution de 70 pm de l'analyseur de spectre optique utilisé ne permet pas de résoudre l'intervalle spectral libre (ISL) de la cavité laser. La cavité étant conçu pour avoir un ISL d'environ 10 GHz soit 58pm, qui est inférieur à la résolution de l'analyseur de spectre.

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Figure 2 A gauche un spectre de réflexion du DBR utilisé et à droite un spectre d'hybridation

Remerciements

Les auteurs remercient l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) pour son support dans le contexte du projet ORCHID ANR-21-CE24-0018.

Références :

[1] Tran, M. A., Huang, D., & Bowers, J. E. (2019). Tutorial on narrow linewidth tunable semiconductor lasers using Si/III-V heterogeneous integration. APL photonics, 4(11)

[2] R. Mostallino, M. Garcia, Y. Deshayes, A. Larrue, Y. Robert, E. Vinet, L. Bechou, M. Lecomte, O. Parillaud, and M. Krakowski "Thermal investigation on high power dfb broad area lasers at 975 nm, with 60% efficiency", Proc. SPIE 9733, High-Power Diode Laser Technology and Applications XIV, 97330S (4 March 2016); https://doi.org/10.1117/12.2212984

[3] Nicola A. Tyler, Daivid Fowler, Stephane Malhouitre, Stephanie Garcia, Philippe Grosse, Wilfried Rabaud, and Bertrand Szelag, "SiN integrated optical phased arrays for two-dimensional beam steering at a single near-infrared wavelength," Opt. Express 27, 5851-5858 (2019)