Conception dun amplificateur optique a 1.3 um: spectroscopie de couches minces de LaF3 dope Nd3 et developpement de procedes technologiques innovantsReport as inadecuate

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1 LAAS - Laboratoire d-analyse et d-architecture des systèmes Toulouse

Abstract : Neodymium ion is a potential candidate to realize an optical amplifier for the second optical telecommunications window, in parts owing to its strong absorption band accessible by commercial power laser diodes. Yet, 1.3 mm emission competes with the 1.06 mm transition emitted from the same metastable energy level and in order to increase performances of neodymium doped optical amplifiers this 1.06 mm emission has to be eliminated. Therefore, we propose a structure including a filter based on a tilted Bragg grating distributed on the whole length of the amplifier. The design of this amplifier is based on a thin layer of lanthanum trifluoride LaF3 doped with neodymium Nd3+. A spectroscopic study of Nd3+:LaF3 has been carried out. The aim of this study is to analyse some parameters having an influence upon the amplifier performances, particularly the polarisation of 1.03 mm emission and the effect of Nd3+ concentration. Thereafter a fabrication process has been developed. This process is inventive by many points: first by the association of a polymeric material to realise passive optical functions and monocrystalline Nd3+:LaF3 as an active material, and secondly by the development of generic technologies for the low cost fabrication of optical functions such as nanoimprint lithography using very low viscosity thermocurable polymers and poli-dicing. Surface treatments improving the adhesion on polymers and ionic crystals have also been developed. Finally, the gain of a micro-amplifier at 1.3 mm has been modelled and conditions to obtain a high gain and a good efficiency have been defined. After this modelling, a structure is proposed to realise the amplifier.

Résumé : L-ion neodyme est un candidat potentiel pour realiser un amplificateur optique pour la seconde bande de telecommunications optiques, en particulier du fait de sa bande d-absorption accessible aux diodes laser du commerce. Cependant, l-emission a 1,3 mm est en competition avec la transition a 1,06 mm issue du meme niveau metastable. Pour optimiser les performances de l-amplificateur a base de neodyme, il faut eliminer cette emission. Nous proposons donc une structure integrant un filtre par reseau de Bragg incline et distribue sur toute la longueur de l-amplificateur. Cet amplificateur est concu a partir d-une couche mince de trifluorure de lanthane LaF3 dope neodyme Nd3+. Nous avons mene une etude spectroscopique du LaF3:Nd3+. Durant cette etude, nous nous sommes attaches a etudier certains parametres importants pour l-amplificateur, notamment la polarisation de l-emission a 1,3 mm et l-influence de la concentration en Nd3+. Nous avons ensuite developpe un procede de realisation original a plusieurs points de vue : tout d-abord par l-association d-un materiau polymere pour realiser les fonctions optiques passives et du LaF3:Nd3+ monocristallin comme materiau actif, ensuite par le developpement de technologies generiques permettant de realiser des fonctions optiques a bas cout comme la nanoimpression utilisant une resine thermodurcissable tres fluide et le polisciage. Nous avons aussi mis au point des traitements de surface permettant d-ameliorer l-adherence sur un polymere et les cristaux ioniques. Nous avons enfin modelise le gain d-un micro amplificateur pour 1,3 mm et determine les conditions a respecter pour avoir un gain efficace et un bon rendement. A la suite de quoi, nous proposons une structure pour realiser un tel amplificateur.

Mots-clés : Amplificateur optique a semiconducteur Terres rares Neodyme Guide d-onde optique Reseau de Bragg Epitaxie par jets moleculaires Nanoimpression Polymere Traitement de surface

Author: Benoit Viallet -



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