Lasers à semi-conducteurs

Inventés dans les années 1960, les lasers à semi-conducteurs, ou, plus exactement, les diodes laser à semi-conducteurs, ont aujourd’hui atteint un niveau de maturité technologique garantissant leur omniprésence dans de nombreux secteurs d’applications. Si les communications par fibre ont d’abord été le moteur principal de leur développement, d’autres applications comme la lecture et le stockage de l’information sur disque optique (CD, DVD) ou le pompage optique de laser de puissance ont pris le relais.

Cette maturité est le fruit de progrès spectaculaires réalisés tant sur la conception et l’adaptation de structures à l’application visée que sur la maîtrise de leur technologie de réalisation, sans oublier l’aspect « packaging » qui constitue l’élément majeur de leur coût.

La maîtrise de l’élaboration des semi-conducteurs en couches minces permet aujourd’hui de réaliser des diodes à jonction p-n couvrant des longueurs d’ondes d’émission allant du bleu, pour les futurs lecteurs - enregistreurs DVD à haute résolution (norme Blu ray-disc ou HD DVD), jusqu’au proche infrarouge (1,5 µm) pour les communications optiques longues distances.

Un nombre important de structures (laser ruban à émission par la tranche, laser VCSEL à émission par la surface) et de structures oscillantes, cavités Fabry-Pérot ou à réseau (DFB), offre une grande variété de choix pour les applications. Les courants de seuil, les puissances d’émission, les rendements énergétiques, les diagrammes de rayonnement, les puretés spectrales sont autant de propriétés qui pourront être optimisées en configurant au mieux les paramètres géométriques et les compositions des matériaux de la structure.

Le conditionnement du laser dans un boîtier contenant les interfaces électriques et optique avec l’environnement extérieur est aussi vital pour faciliter sa mise en œuvre dans son environnement système. Celui-ci passe aujourd’hui par le développement de modules miniatures intégrant plusieurs fonctions électroniques de modulation et de contrôle de l’émission. Les actions de normalisation menées actuellement sur ces modules contribuent à une réduction significative de leur coût.

Enfin, ces lasers bénéficient encore des résultats de recherches et développements importants éméliorant les performances, créant de nouvelles fonctionnalités ou ouvrant encore de nouvelles applications.

Ce dossier présente l’état de l’art de ces sources lasers. Certains aspects théoriques sont rappelés, d’autres renverront le lecteur à des ouvrages ou des dossiers antérieurs publiés par les Techniques de l’Ingénieur.