FR2751480A1 - Microlaser solide a declenchement actif par semi-conducteur - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une cavité microlaser comportant un miroir d'entrée (42), un miroir de sortie (44), un milieu actif laser (40) et des moyens (46, 48, 50) de déclenchement actif de la cavité, ces derniers comportant: - un modulateur à élément semi-conducteur (46), - des moyens (48, 50) pour appliquer au modulateur une tension de commande pour le faire passer d'un état absorbant à un état transparent.

Description

MICROLASER SOLIDE A DECLENCHEMENT ACTIF PAR SEMI
CONDUCTEUR
DESCRIPTION
Domaine technique
L'invention se rapporte au domaine des microlasers solides déclenchés activement.

Un des avantages du microlaser réside dans sa structure en un empilement de multicouches. Le milieu actif laser est constitué par un matériau de faible épaisseur entre 150-1000 um et de petites dimensions (quelques mm2), sur lequel des miroirs diélectriques de cavité sont directement déposés. Ce milieu actif peut être pompé par une diode laser III-V qui est soit directement hybridée sur le microlaser, soit couplée à ce dernier par fibre optique. La possibilité d'une fabrication collective utilisant les moyens de la microélectronique autorise une production de masse de ces microlasers à très faible coût.

Les microlasers ont de nombreuses applications, dans des domaines aussi variés que l'industrie automobile, 1 environnement, l'instrumentation scientifique, la télémétrie.

Etat de l'art antérieur
Les microlasers connus ont en général une émission continue de quelques dizaines de mW de puissance. Cependant, la plupart des applications citées ci-dessus, nécessitent des puissances crêtes (puissance instantanée) de quelques kW délivrées pendant 10-8 à 10-9 secondes, avec une puissance moyenne de quelques dizaines de mW.

Dans les lasers solides, on peut obtenir de telles puissances crêtes élevées en les faisant fonctionner en mode impulsionnel à des fréquences variant entre 10 et 104 Hz. Pour cela, on utilise des procédés de déclenchement de la cavité.

Une cavité peut être déclenchée de manière active ou passive.

Dans le cas du déclenchement passif, des pertes variables sont introduites dans la cavité sous forme d'un matériau absorbant saturable. Un microlaser à déclenchement passif est décrit dans EP-653 824 (US-5 495 494).

Dans le cas d'un déclenchement actif, la valeur des pertes est pilotée de façon externe par l'utilisateur, par exemple par un miroir de cavité tournant, par des moyens acousto-optiques ou électrooptiques intracavité changeant soit le trajet du faisceau, soit son état de polarisation. La durée de stockage, l'instant d'ouverture de la cavité ainsi que le taux de répétition peuvent être choisis indépendamment.

Les documents US-A-5 132 977 et US-A-4 982 405 décrivent des cavités laser déclenchées activement.

Dans ces documents, le déclenchement est réalisé dans une configuration de deux cavités Fabry
Perot couplées avec des faces planes. Un tel ensemble est illustré sur la figure 1, où la référence 2 désigne le milieu actif laser et la référence 4 un matériau déclencheur, par exemple un matériau électro-optique tel que LiTa03. Le milieu actif 2 du laser forme, avec un miroir d'entrée 6 et un miroir intermédiaire 8 une première cavité Fabry-Pérot. Le matériau déclencheur forme, avec le miroir intermédiaire 8 et le miroir de sortie 10, une deuxième cavité Fabry-Pérot. Le matériau déclencheur 4 peut être par exemple collé à la surface du miroir intermédiaire 8. Les deux cavités sont couplées. Le déclenchement se fait en modifiant la longueur optique du matériau déclencheur 4 par une action externe. Si l'on appelle L1, n1, 1 (L2, n2 2) les longueurs, indices optiques et longueurs d'onde optique de résonance de la première cavité (de la deuxième cavité), il existe la relation : m1Bl=2nlLl et m2X2=2n2L2 avec m1 et m2 nombres entiers.

Si le matériau 4 est un matériau électrooptique, des électrodes de déclenchement 12, 14 sont placées perpendiculairement à l'axe du faisceau laser 16 de part et d'autre du matériau déclencheur 4. Si une tension V est appliquée entre ces électrodes, un champ électrique E=V/e, où e est la distance entre les électrodes (ce qui correspond à l'épaisseur du matériau électro-optique) en résulte. L'indice optique n2, et par conséquent la longueur optique n2L2, du matériau électro-optique est modifié par l'action du champ E.

Ceci affecte le couplage des deux cavités et modifie la réflectivité du miroir intermédiaire 8 vu par le milieu laser. En effet, si les longueurs d'onde de résonance des deux cavités coïncident (hl=h2 ou n1B1/n2L2=m1/m2) la réflectivité de la deuxième cavité (électro-optique) vue par la première cavité (matériau laser) sera minimum et il n'y aura pas d'action laser. Ainsi, en agissant sur le champ E, on peut modifier les conditions de résonance du microlaser, dont la réflectivité de la deuxième cavité et ainsi on peut réaliser le déclenchement actif.

Les deux états correspondant à une réflectivité minimum ou à une réflectivité maximum de la deuxième cavité sont illustrés sur les figures 2a et 2b. Sur ces figures, la courbe dans la partie supérieure donne la réflectivité de la deuxième cavité en fonction de la longueur d'onde, la raie laser étant représentée dans la partie inférieure. La figure 2a correspond au cas où la réflectivité de la deuxième cavité est à sa valeur minimum Rmin, à la longueur d'onde de résonance de la première cavité X1. La figure 2b correspond au cas où les longueurs d'onde de résonance des deux cavités ne sont plus identiques (k 2) et où la deuxième cavité présente une réflectivité maximum Rmax à la longueur d'onde 1
Tout ceci s'applique en particulier aux microlasers déclenchés activement, tels que par exemple décrits par Zayhowski et al. dans "Diode-pumped microchip lasers electro-optically Q-switched at high pulse repetition râles" paru dans Optics Letters, vol.

17, pp. 1201-1203 (1992).

Pour un microlaser YAG:Nd émettant vers 1,06 um constitué par du LiTaO3 d'épaisseur environ égale à 1 mm, on a : nul=1,8, n2=2, L1=500 um, L2=900um la variation maximum de réflectivité de la deuxième cavité est obtenue pour dk/X=dL2/L2=dn2/n2=10-4 environ. Cette variation d'indice peut etre obtenue en appliquant un champ électrique de 104 volts/cm environ dans le matériau déclencheur. Il est possible d'assimiler la deuxième cavité (électro-optique) à un miroir de sortie de la première cavité constituée du matériau laser 2. La réflectivité de ce miroir de sortie est variable et commandée par la tension de commande externe appliquée aux électrodes 12, 14. La figure 3 montre la variation de la réflectivité R de la deuxième cavité en fonction de la tension V appliquée.

Pour le cas où les trois miroirs 6, 8, 10 ont des réflectivités respectivement égales à 99%, 95% et 50%, la réflectivité de la deuxième cavité va varier entre 75% et 99%. Ainsi, pour le milieu actif ceci revient à faire varier la réflectivité du miroir de sortie entre 75% et 99%, par une commande de tension externe. En fait, on voit d'après le diagramme de la figure 3 qu'il faut appliquer plusieurs centaines de volts pour obtenir une réflectivité voisine de 90% et qu'il faut appliquer environ 1000 volts pour obtenir une réflectivité de l'ordre de 99%, et ceci pour une distance inter-électrodes de lmm.

Ce type de microlasers présente des problèmes qui en empêchent l'utilisation en pratique.

Tout d'abord, le microlaser est fabriqué par un procédé manuel (il met en oeuvre des étapes de collage de morceaux prédécoupés). Ceci impose une limite inférieure pour les dimensions géométriques qui sont au minimum autour de lmm, et en particulier pour la distance entre les deux électrodes. En outre, un autre problème est la nécessité d'atteindre un champ E suffisant pour le déclenchement. Il est en effet nécessaire d'appliquer une tension de l'ordre de 1000 volts entre les deux électrodes, et ceci en un temps très court (moins de 1 nanoseconde). Ceci est très difficile à réaliser en pratique et nécessite une électronique sophistiquée incompatible avec la simplicité et le bas coût de production du microlaser.

Le document FR-95 00767 (US-08-587 477) a pour objet un microlaser ayant la structure illustrée sur la figure 4. Ce microlaser comporte - Un miroir d'entrée 20, le milieu actif microlaser 24,
un miroir intermédiaire 22, formant une première
cavité résonnante.

- Une seconde cavité résonnante constituée par le
miroir intermédiaire 22, un miroir de sortie 26 et un
matériau 28, du type électrooptique (par exemple
LiTa03) ; on peut appliquer à ce matériau une
différence de potentiel à l'aide de deux électrodes
de contact 30, 32.

- Des moyens de réduction de la taille du faisceau
laser, constitués, dans l'exemple de la figure 4, par
la courbure du micromiroir d'entrée 20 ; cette
concavité permet de ramener l'épaisseur du milieu
électrooptique 28 à des dimensions comprises entre
100 et 500 um, et donc de limiter la tension
nécessaire au fonctionnement de ce milieu à une
valeur comprise entre 50 et 100 volts.

Par conséquent, les procédés de déclenchement actif connus pour les microlasers posent plusieurs problèmes - tout d'abord, les tensions de commande sont
relativement élevées, de l'ordre de 50 à 100 volts
dans le meilleur des cas, - ces dispositifs sont difficiles à réaliser
technologiquement, et électroniquement, à cause de la
valeur élevée de tension, - la cadence de fonctionnement du dispositif est
limitée, toujours à cause de la valeur élevée de la
tension qui devient difficile à commuter rapidement.

Par ailleurs, les procédés connus de déclenchement passif sont actuellement bien appliqués aux microlasers émettant à 1,06 um, notamment aux microlasers de type YAG:Nd. Cependant, leur cadence dans une configuration de fonctionnement stable, est limitée à quelques dizaines de kilohertz, à cause des caractéristiques des absorbants saturables, en particulier de l'absorbant YAG:Cr4 . Or, certaines applications, notamment en imagerie tridimensionnelle et en robotique, nécessitent des cadences beaucoup plus élevées, de l'ordre de 100 à 200 kHz, avec un fonctionnement stable. Les procédés de déclenchement actif connus, notamment avec des moyens électrooptiques, ne permettent pas en pratique d'obtenir ces cadences élevées, si on utilise une électronique simple compatible avec le faible coût des cavités microlasers.

De plus, pour des raisons de sécurité oculaire, il est souvent nécessaire, dans de nombreuses applications, d'utiliser des microlasers déclenchés émettant à 1,5 um. Or, actuellement, les procédés de déclenchement passif connus ne permettent pas d'obtenir un fonctionnement avec suffisamment d'énergie par impulsion, et avec une cadence suffisamment élevée.

Contrairement aux microlasers à 1,06 pm, la seule possibilité de déclenchement qu'on peut utiliser en pratique pour les microlasers à 1,5 um se résume au déclenchement actif connu de type "électrooptique", avec les inconvénients déjà évoqués ci-dessus.

Il est donc nécessaire de trouver un moyens pour réaliser des microlasers déclenchés activement, permettant d'obtenir de hautes cadences, avec une tension de commande faible. Par ailleurs, un tel dispositif doit pouvoir être intégré dans un montage compact, robuste, facile à réaliser. Enfin, sa structure doit pouvoir s'adapter indifféremment à tous les microlasers émettant à différentes longueurs d'ondes (1,06 um, 1,3 um, 1,5 m, 2 um ....).

Exposé de l'invention
L'invention a pour objet une cavité microlaser comportant un miroir d'entrée, un miroir de sortie, un milieu actif laser et des moyens de déclenchement actif de la cavité, ces derniers comportant - un modulateur à élément semi-conducteur, - des moyens pour appliquer au modulateur une tension
de commande pour le faire passer d'un état absorbant
à un état transparent.

Une telle structure de cavité permet de réaliser un déclenchement actif pouvant fonctionner à haute cadence, et avec une tension de commande très faible.

En fait, on réalise ainsi une structure monolithique composée de deux éléments - un microlaser permettant d'émettre un faisceau laser,
à une longueur d'onde déterminée par le matériau
actif laser, - une structure à base d'un élément semi-conducteur,
intégrée avec la cavité du microlaser. Cette
structure à base de semi-conducteur permet, en
fonction d'une tension de commande dont le maximum
est de l'ordre de 10 volts, de réaliser des
variations de la transmission à la longueur d'onde du
laser, afin d'introduire des pertes variables dans la
cavité, ce qui réalise un déclenchement actif.

La réponse d'un semi-conducteur étant extrêmement rapide (inférieure à 1 nanoseconde), la cadence de fonctionnement n'est pas limitée par l'élément de déclenchement actif : les temps caractéristiques du milieu actif laser sont plus importants.

Cette structure est compatible avec tous les microlasers, émettant à différentes longueurs d'ondes, en particulier à 1,5 um.

De plus, cette même structure est compatible avec les procédés de réalisation collectifs des microlasers. Le modulateur à élément semi-conducteur peut être réalisé avec des techniques telles que les techniques d'épitaxie, par exemple épitaxie par jet moléculaire, ou épitaxie organométallique : or, ces techniques sont bien compatibles avec les procédés, issus de l'électronique, utilisés pour réaliser, en collectif, les cavités microlasers et les microlasers.

L'élément semi-conducteur peut comporter un empilement de couches d'alliage semi-conducteur.

Il peut également comporter un empilement de couches d'alliage semi-conducteur dans une cavité
Fabry-Pérot : dans ce cas, l'élément semi-conducteur est lui-même compris entre deux miroirs formant une cavité Fabry-Pérot.

L'élément semi-conducteur peut comporter un empilement de couches d'alliage choisies par exemple parmi les semi-conducteurs II-VI, III-V, IV-VI.

I1 peut également avoir une structure à puits quantiques ou à multi-puits quantiques.

De préférence, les moyens pour appliquer au modulateur une tension de commande comportent des contacts électriques, dont au moins un est sous forme de couche transparente, ou au moins un est muni d'un trou. Ainsi, dans les deux cas le faisceau laser peut librement osciller dans la cavité, et être émis lorsqu'il sort de celle-ci, sans être perturbé par la présence des contacts électriques ou des moyens pour appliquer une tension de commande.

De même, les moyens pour appliquer une tension de commande peuvent comporter des contacts métalliques, dont au moins un peut être muni d'un trou permettant le passage des faisceaux lasers. Là encore, le faisceau laser ne se trouve pas perturbé par les moyens de commande du modulateur.

Brève description des figures
- les figures 1 à 4, déjà décrites, concernent des structures de l'art antérieur et leur procédé de fonctionnement,
- la figure 5 concerne la structure générale d'un dispositif selon l'invention,
- les figures 6 et 7 décrivent le fonctionnement d'un dispositif selon l'invention,
- les figures 8 à 12 sont des exemples de réalisation d'un microlaser selon l'invention,
- les figures 13A à 13D illustrent des étapes de réalisation de cavités microlasers selon l'invention.

Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
La figure 5 représente de manière générale un dispositif microlaser selon l'invention.

Ce dispositif comporte d'abord un élément actif solide 40, qui détermine essentiellement la longueur d'onde à laquelle le microlaser fonctionne. Ce milieu actif 40 est dans une cavité microlaser délimité par des miroirs 42, 44 d'entrée et de sortie de la cavité.

La référence 52 désigne un faisceau de pompage de la cavité microlaser. On utilise couramment, pour réaliser le pompage de la cavité microlaser, une diode laser 111-V, qui est soit directement hybridée sur le microlaser, soit couplée à ce dernier par une fibre optique. La diode n'est pas représentée sur la figure 5.

Le matériau actif laser 40 consiste essentiellement en un matériau de base dopé avec des ions actifs laser.

Le matériau de base peut être cristallin et choisi parmi l'un des matériaux suivants : YAG (Y3AlsO12), LMA (LaMgAl1lOlg), YVO4, YSO (Y2SiO5), YLF (YLiF4) ou GDVO4, etc. Des critères de choix pour l'un ou l'autre de ces matériaux sont donnés dans le document EP-653 824 (document US-5 495 494). Ce document donne également les indications sur le choix de l'épaisseur e du milieu actif laser ; en particulier pour obtenir un laser monomode ; typiquement, l'épaisseur du milieu actif est de l'ordre de - 750 um pour un milieu actif YAG, - 500 um pour un milieu actif YVO4, - 150 um pour un milieu actif LMA.

Le matériau de base peut également être en verre, par exemple un verre phosphate.

En ce qui concerne les ions dopants, on choisit en général du néodyme (Nd) pour une émission laser autour de 1,06 um (1,064 um dans du YAG ; 1,053 um dans du YLF ; 1,054 um dans du LMA ; 1,32 um dans du YSO).

On peut également choisir de l'erbium (Er) ou un codopage erbium-ytterbium (Er+Yb) pour une émission autour de 1,5 um (par exemple dans du verre phosphate).

Pour une émission autour de 2 um, on choisit du thulium (Tm) ou de l'holmium (Ho) ou un codopage thuliumholmium (par exemple dans des cristaux YAG, YLF, YSO,...).

La cavité microlaser de la figure 5 comporte également un deuxième élément : il s'agit d'une structure de modulateur 46 à élément semi-conducteur comportant un élément semi-conducteur et des moyens 48, 50 pour y appliquer une tension de commande. C'est cette tension qui permet d'introduire des pertes variables dans la cavité microlaser afin de réaliser un déclenchement actif.

On choisit un élément semi-conducteur de type
III-V ou II-VI ou IV-VI dont le spectre de transmission montre une absorption à la longueur d'onde du laser (voir figure 6).

Le microlaser et le modulateur à semiconducteur se présentent typiquement l'un et l'autre sous la forme de deux lames minces, ayant chacune une épaisseur de l'ordre de plusieurs centaines de micromètres, par exemple environ 500 pm. L'élément semi-conducteur 46 est disposé par rapport aux moyens de commande 48, 50 de manière à ce que l'application d'une variation tension faible AV induise soit l'effet "électro-absorbant" qui déplace le spectre de transmission, soit l'effet "électro-réfractif" qui modifie l'indice de réfraction du milieu. Sur la figure 5, l'élément semi-conducteur est disposé entre les moyens de commande 48, 50, et ces trois éléments sont disposés dans la cavité microlaser de manière perpendiculaire aux trajets, symbolisés sur la figure 5 par les flèches en traits interrompus 54, 56, des oscillations lasers intracavité et à la direction 58 du faisceau laser émis par la cavité microlaser. La face d'entrée de l'élément semi-conducteur 46 est donc tournée vers la face de sortie de l'élément actif 40.

En ce qui concerne les miroirs d'entrée et de sortie 42, 44, ce sont de préférence des miroirs dichroïques. Le miroir d'entrée 42 a par exemple une transmission, à la longueur d'onde du faisceau de pompage 52, de l'ordre de 100%, et une réflexion, à la longueur d'onde So du faisceau laser 58, de l'ordre de 100%. Le miroir de sortie 44 a, de préférence, un coefficient de transmission Tg, à la longueur d'onde X0 du faisceau laser, de l'ordre de 1 à 15%.

Ce dispositif fonctionne de la manière suivante. Une diode laser de pompage, non représentée sur les figures, pompe optiquement le microlaser. Le milieu actif 40 absorbe les photons émis par la diode.

Le microlaser excité émet des photons, par exemple, à 1,06um ou à 1,5ut, en fonction de la nature et du dopage du milieu actif laser 40. Une tension Vg est appliquée au modulateur à semi-conducteur 46, afin qu'il absorbe une partie des photons. Cette absorption empêche l'oscillation laser de se mettre en place elle introduit des pertes dans la cavité. Au cours de cette phase, de l'énergie est accumulée dans l'état excité des ions dopants du milieu actif laser 40. Une tension V1 est ensuite appliquée au semi-conducteur, afin qu'il devienne transparent aux photons émis par le microlaser. Après application de cette tension V1, les pertes de la cavité disparaissent et une impulsion géante est émise : la cavité est déclenchée. Ainsi, le modulateur à semi-conducteur agit comme un élément de déclenchement actif de la cavité microlaser. Le passage de la tension Vg à la tension V1, et inversement, est piloté de l'extérieur, par exemple par un opérateur.

Les moyens d'application de la tension ne sont pas représentés sur la figure 5, mais l'homme du métier saura les choisir en fonction de l'application envisagee.

Le schéma de fonctionnement est résumé sur les figures 6 et 7. La figure 6 représente la courbe de transmission (en %) du modulateur, en fonction de la longueur d'onde. Cette courbe dépend en fait de la tension appliquée au modulateur : la courbe en traits interrompus correspond au cas de la tension de fonctionnement V=V1 (modulateur ouvert), la courbe en trait plein correspond à la tension de fonctionnement V=Vo (modulateur fermé). So désigne la longueur d'onde d'émission du microlaser. On voit donc que, lorsque le modulateur est dans un état induisant des pertes dans la cavité, la transmission, à la longueur d'onde Bo, est égale à Tg. L'application d'une tension V=V1 permet de faire passer la transmission du modulateur, toujours à la même longueur d'onde ko, à une valeur T1 supérieure à Tg, induisant une variation de transmission AT=T1-T0. La différence de tension AV=Vl-Vo, nécessaire pour passer d'un état absorbant à un état transparent, est de l'ordre de 10 volts. La différence de transmission AT, nécessaire au déclenchement, est, avec un commutateur à élément semiconducteur, de l'ordre de quelques pour-cent. Ceci se compare avantageusement aux importantes variations de réflectivité (entre 75% et 99%) nécessaires au fonctionnement avec un déclenchement actif électrooptique (voir figure 3 ci-dessus).

La figure 7 résume la relation existant entre la variation de tension et la variation de transmission. En fait, la variation de transmission est sensiblement linéaire, en fonction de la variation de tension.

La figure 8 est un exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Des références numériques identiques à celles de la figure 5 y désignent des éléments identiques ou correspondants.

Plus précisément, dans ce mode de réalisation, le modulateur à semi-conducteur est en fait constitué d'une structure semi-conductrice épitaxiée 62 sur un substrat d'épitaxie 60. La structure épitaxiée 62 peut être par exemple une structure GaInAs/AlInAs avec puits quantiques, le substrat d'épitaxie 60 étant alors par exemple un substrat InP. L'ensemble des deux couches 60, 62 présente une épaisseur e2 comprise sensiblement entre 0,1 et 0,5 mm, le milieu actif laser ayant une épaisseur el de l'ordre de quelques dixièmes de mm. La structure semi-conductrice épitaxiée 62 est par exemple une structure à puits quantiques ou à multi-puits quantiques. De telles structures sont décrites dans l'article de J.P. Pocholle, intitulé "Observation d'états excitoniques à température ambiante dans les semi-conducteurs à puits quantiques de type InGaAs-InP" paru dans Revue de Physique Appliquée, volume 22, 1987, pages 1239-1251.

I1 est également possible d'utiliser, en tant que structure semi-conductrice épitaxiée 62 une structure GaAlAs sur un substrat 60 GaAs. On peut aussi utiliser un alliage de type Si/Si-Ge.

D'une manière générale, la structure semiconductrice peut être réalisée à l'aide des alliages II-VI (par exemple CdHgTe), III-V ou IV-VI connus.

Les structures de modulateur décrites dans les articles de Li Chen et al., Applied Physics lettes, vol. 60, p. 422-424, 1992, et de L. Friedman et al.

IEEE Photonics Technology Letters, vol. 5, p. 12001202, 1993, peuvent également être utilisées comme modulateur actif dans le cadre de la présente invention.

Par rapport à la structure de la figure 5, la position du miroir de sortie 44 et de l'électrode de déclenchement 48 est inversée, mais le principe de fonctionnement reste le même ; de même, la tension Vg à appliquer au modulateur reste la même (de l'ordre de 10V).

Dans le cas où la structure semi-conductrice 62 est constituée d'un empilement de couches d'alliage semi-conducteur, on peut utiliser deux types de structures - une structure non résonnante, avec des couches
épaisses et des puits quantiques, telle que décrite
par exemple dans l'article ci-dessus, - ou bien une structure résonnante, qui comporte, en
plus de l'empilement de couches semi-conductrices,
des miroirs d'entrée et de sortie pour former une
cavité Fabry-Pérot : une telle structure est décrite
par exemple dans l'article de R.J. Simes intitulé
"Electrically tunable Fabry-Perot mirror using
multiple quantum well index modulation", paru dans
Applied Physics Letters, vol.53, 1988, pages 637-639.

En ce qui concerne les moyens de commande de la tension aux bornes du semi-conducteur, les références 48 et 50 désignent des contacts électriques (par exemple en Or) disposés de part et d'autre du modulateur. Ces contacts électriques sont de préférence sous la forme d'une couche métallique fine de 0,01 à 0,5 um (100 A à 5000 A), de manière à offrir une certaine transparence au faisceau laser 58 à la longueur d'onde Ro. Selon une variante, on peut utiliser des contacts électriques transparents, par exemple en ITO.

La figure 9 représente une variante de la structure qui vient d'être décrite, des références numériques identiques désignant des éléments identiques ou correspondants. Le modulateur, en particulier le substrat d'épitaxie 60 et la structure semi-conductrice épitaxiée 62 ont été gravés, de manière à réaliser une structure "mesa" sur le semi-conducteur, pour appliquer la tension de commande. Ainsi, les moyens de commande de la tension comportent un premier contact électrique 48 et deux contacts électriques 51, 53, ces derniers étant déposés sur des épaulements 61, 63 du substrat 60, réalisés par gravure. Ainsi, à l'intérieur de la cavité, les oscillations de l'énergie lumineuse ne sont pas perturbées par la présence d'une électrode de commande telle que l'électrode 50 de la figure 8 (même si cette électrode peut être prévue suffisamment fine de manière à assurer une certaine transparence).

La figure 10 représente une variante de ce mode de réalisation en technologie ''mesa". Le contact électrique 48 est remplacé par un contact 64 dans lequel un trou 66 est pratiqué. Ainsi, quelle que soit la nature ou l'épaisseur du contact 64, le faisceau laser de sortie 58, à la longueur d'onde ko, n'est pas perturbé par la présence des moyens de commande du modulateur.

La figure 11 représente un mode de réalisation en technologie plane, proche du mode de réalisation déjà décrit ci-dessus en liaison avec la figure 8. Les moyens de commande 68, 70 du modulateur sont constitués par des contacts électriques qui présentent chacun un trou central 69, 71 permettant le passage du faisceau laser dans la cavité microlaser et vers l'extérieur de celle-ci.

Les cavités qui ont été présentées ci-dessus sont des cavités plan-plan, qui peuvent présenter une certaine instabilité. I1 est possible de réaliser des cavités plan-concave, du type de celle qui est illustrée sur la figure 12. A cette fin, un micromiroir 74 est réalisé directement sur la surface du matériau laser 40. Les dimensions typiques de ces micromiroirs sont - diamètre de 100 à quelques centaines de microns, - rayon de courbure de quelques centaines de
micromètres à quelques mm, en tout cas supérieur à
l'épaisseur de la cavité laser, pour la stabiliser.

Dans une variante, le micromiroir peut être réalisé en un matériau transparent, par exemple en silice, et rapporté par assemblage sur la surface du matériau laser. La méthode de fabrication des micromiroirs est donnée dans l'article de A. EDA et al., CLEO'92, paper CWG 33, page 282 (Conference on laser and electrooptics, Anaheim, USA, mai 1992).

La structure de la figure 12 correspond, pour le reste, à la structure décrite ci-dessus en liaison avec la figure 8. Cette structure peut incorporer toutes les variantes qui ont été décrites dessus en liaison avec les figures 9 à 11.

Les figures 13A à 13D montrent références citées ci-dessus : les techniques les plus courantes sont les techniques d'épitaxie par jet moléculaire (MBE) ou d'épitaxie organométallique (MOCVD) . Des contacts électriques 88, 90 sont ensuite déposés de part et d'autre du matériau semi-conducteur 84 et de son substrat d'épitaxie 86, afin de pouvoir appliquer la tension de commande du modulateur. Selon une variante, déjà mentionnée ci-dessus, des miroirs d'entrée et de sortie sont également réalisés pour former une cavité Fabry-Pérot de modulateur.

Une fois que la plaquette 92 de modulateur est réalisée, il est possible de la coller contre la face de sortie de la lame 80 de matériau laser (figure 13C).

On peut alors réaliser le dépôt d'une couche 94 de miroirs de sortie (même procédé que pour le miroir d'entrée)
Ensuite (figure 13D), la structure de multicouche obtenue est découpée pour obtenir des puces microlasers 96-1, 96-2, . . . cette découpe peut etre réalisée par une scie diamantée (de type de celles qui sont utilisées en microélectronique pour la découpe des puces en silicium) . Les puces obtenues peuvent avoir
2 quelques mm de section. Une étape supplémentaire permet de prendre deux contacts électriques pour appliquer la tension de commande aux électrodes de commande.

Une structure "mésa" peut être réalisée avant le collage du modulateur et du milieu laser. Pour cela, on utilise les techniques connues de photolithographie, gravure et dépôt de contacts électriques.

Dans tous les cas, la structure obtenue ne nécessite, à aucun moment, l'alignement optique des différents composants.

Les cavités microlasers obtenues sont monolithiques : le modulateur semi-conducteur est intégré dans la cavité du microlaser.

Une cavité microlaser obtenue comme décrit cidessus peut être ensuite montée dans un boîtier prévu également pour maintenir une diode laser de pompage.

Selon un autre mode de réalisation, il est possible de prévoir deux boîtiers séparés : l'un pour recevoir la cavité microlaser, l'autre pour recevoir la diode laser de pompage, les deux boîtiers étant reliés par une fibre optique, à l'aide de connecteurs prévus dans chacun des boîtiers.

Le microlaser obtenu, selon l'invention, présente les avantages suivants - une très faible tension de commande (de l'ordre de
10V), - une très haute cadence de fonctionnement (cette
cadence n'est pas limitée par le déclencheur à semi
conducteur, mais par le matériau laser), en
particulier à des longueurs d'onde de 1,5 um et 2 um, - le dispositif est compact, monolithique, facile à
intégrer.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Cavité microlaser comportant un miroir d'entrée (42), un miroir de sortie (44), un milieu actif laser (40) et des moyens de déclenchement actif de la cavité, ces derniers comportant - un modulateur à élément semi-conducteur (46), - des moyens (48, 50) pour appliquer au modulateur une

tension de commande pour le faire passer d'un état

absorbant à un état transparent.

2. Cavité microlaser selon la revendication 1, l'élément semi-conducteur (46) comportant un empilement de couches d'alliage semi-conducteur.

3. Cavité microlaser selon la revendication 1, l'élément semi-conducteur (46) comportant un empilement de couches d'alliage semi-conducteur dans une cavité

Fabry-Pérot.

4. Cavité microlaser selon l'une des revendications 1 à 3, l'élément semi-conducteur (46) comportant un empilement de couches d'alliages choisis parmi les semi-conducteurs II-VI, III-V, IV-VI.

5. Cavité microlaser selon l'une des revendications 1 à 4, l'élément semi-conducteur (46) ayant une structure à puits quantiques ou à multi-puits quantiques.

6. Cavité microlaser selon l'une des revendications précédentes, les moyens (48, 507 pour appliquer au modulateur une tension de commande comportant des contacts électriques, dont au moins un est sous forme de couche transparente.

7. Cavité microlaser selon l'une des revendications 1 à 5, les moyens pour appliquer au modulateur une tension de commande comportant des contacts métalliques, dont au moins un est muni d'un trou (66, 69, 71) permettant le passage du faisceau laser.

8. Cavité microlaser selon l'une des revendications 1 à 7, le modulateur ayant une structure mésa, les moyens (51, 53) de commande de la tension appliquée au modulateur étant déposés sur des épaulements latéraux (61, 63) de la structure mésa.