Les futurs systèmes de communication utiliseront des porteuses de fréquences d'ondes millimétriques (mm) (30 GHz - 300 GHz) et au-delà pour surmonter la saturation des différentes bandes de fréquence et atteindre des débits élevés. Les systèmes radio sur fibre (RoF) ont attiré l'attention grâce à leur faible coût et à la faible atténuation des fibres. Dans le cadre de cette thèse, différentes configurations et plusieurs conceptions de lasers ont été proposées pour la génération de fréquences radio par voie optique. L’amélioration du processus de fabrication de laser développé au laboratoire a permis d’obtenir des sources monomodes émettant autour du pic d'erbium (1534 nm) jusqu'à des puissances optiques de sortie de 41 mW avec une efficacité de 9,8%. Leurs largeurs de raie optiques ont été mesurée égales à 2 kHz et leur bruit d’intensité relatif (RIN) égal à -145 dB/Hz après 50 MHz. Avec ces lasers, des signaux électriques à des fréquences millimétriques de largeur de raie de quelques kHz ont été générés. Trois configurations hétérodynes ont été proposées pour améliorer la stabilité thermique des signaux générés afin de répondre aux normes IEEE. Des lasers co-intégrés ont été de plus fabriqués pour générer des porteuses comprises entre 5GHz et 165GHz. Une étude comparative a montré que les comportements des porteuses ainsi générées étaient indépendants de la fréquence produite. Enfin, les conceptions de structures intégrant coupleur, adaptation de modes et de plusieurs lasers sur verre pompés par une unique source ont été étudiées. En utilisant les porteuses générées par ces dernières réalisations, des transmissions de données ont été accomplies répondant aux normes requises. / Future communication systems will use millimeter-wave (mm) (30 GHz - 300 GHz) frequency carriers and beyond to overcome the saturation of different frequency bands and achieve high data rates. Radio-over-Fiber (RoF) systems have gained attention thanks to their low cost and low fiber attenuation. In this thesis, different configurations and several laser designs have been proposed for radio frequency generation by photonic based technique. The Improvement of the laser fabrication process developed in the laboratory resulted in single-mode sources emitting around the erbium peak (1534 nm) up to 41 mW optical output power with 9.8% efficiency. Their optical linewidths were measured equal to 2 kHz and their relative intensity noise (RIN) equal to -145 dB/Hz after 50 MHz. Using these lasers, electrical signals at millimeter frequencies having linewidths of few kHz have been generated Three heterodyning configurations have been proposed to improve the thermal stability of the generated signals in order to meet the IEEE standards. Co-integrated lasers have been further manufactured to generate carriers between 5GHz and 165GHz. A comparative study showed that the behaviors of the carriers thus generated were independent of the produced frequency. Finally, the designs of structures integrating coupler, tapers and several lasers on glass pumped by a single source were studied. By using the carriers generated by these latest implementations, data transmissions have been accomplished meeting the required standards.

Ein neuentwickeltes azobenzenhaltiges Material, das auf einem supramolekularen Konzept basiert, wird bezüglich seiner Strukturbildung während einer holografischen Belichtung bei 488 nm untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei eindimensionale, sinusförmige Reliefs mit Periodizitäten kleiner 500 nm. Es wird gezeigt, wie der Grad der Vernetzung der photosensitiven Schicht die Strukturbildung in diesem Größenbereich beeinflusst. Zur Maximierung der Strukturtiefe werden gezielt Prozessparameter der Belichtung sowie Materialparameter variiert. Unter Standardbedingungen und moderaten Belichtungsintensitäten von ca. 200 mW/cm² bilden sich innerhalb weniger Minuten bei einer Periode von 400 nm Strukturtiefen von bis zu 80nm aus. Durch die Beeinflussung von Materialparametern, wie Oberflächenspannung und Viskosität, wird die maximale Strukturtiefe auf 160nm verdoppelt. Durch Mehrfachbelichtungen wird auch die Bildung von zweidimensionalen Gittern untersucht. Die Originalstrukturen werden in einem Abformverfahren kopiert und in Schichten von unter UV-Licht aushärtenden Polymeren übertragen. Durch das Abformen kommt es zu einer geringfügigen Verschlechterung der Oberflächenqualität sowie Abnahme der Strukturtiefe. Dieser Verlust wird durch eine Verringerung der Prozesstemperatur verringert. Mithilfe kopierter Oberflächengitter werden organische Distributed Feedback-(DFB)-Laser zweiter Ordnung hergestellt, um den Einfluss von Gitterparametern auf die Emissionseigenschaften dieser Laser zu untersuchen. Dazu erfolgt zunächst die Charakterisierung der optischen Verstärkungseigenschaften ausgewählter organischer Emittermaterialien mittels der Variablen Strichlängenmethode. Das mit dem Laserfarbstoff Pyrromthen567 (PM567) dotierte Polystyrol (PS) zeigt dabei trotz konzentrationsbedingter geringer Absorption eine vergleichsweise geringe Gewinnschwelle von 50µJ/cm² bei ca. 575 nm. Das aktive Gast-Wirt-System der konjugierten Polymere MEH-PPV und F8BT* weist eine hohe Absorption und eine kleine Gewinnschwelle von 2,5 µJ/cm² bei 630 nm auf. Dieses Verhalten spiegelt sich auch in den Emissionseigenschaften der damit hergestellten DFB-Laser wieder. Die Dicke der aktiven Schichten liegen im Bereich hunderter Nanometer und wird so eingestellt, dass sich nur die transversalen Grundmoden im Wellenleiter ausbreiten können. Die Gitterperiode sind so gewählt, dass ein Lichtmode im Verstärkungsbereich des Emittermaterials liegt. Die Emissionslinien der Laser sind mit FWHM-Werten von bis zu 0,3 nm spektral sehr schmalbandig und weisen auf eine sehr gute Gitterqualität hin. Die Untersuchungen liefern minimale Laserschwellen und maximale differentielle Effizienzen von 4,0µJ/cm² und 8,4% für MEH-PPV in F8BT* (bei ca. 640nm) sowie 80 µJ/cm² und 0,9% für PM567 in PS (bei ca. 575 nm). Die Vergrößerung der Strukturtiefe von 40nm auf 80nm in mit MEH-PPV dotierten F8BT*-Lasern zu einem deutlichen Anstieg der ausgekoppelten Energie sowie der differentiellen Effizienz und einem geringen Absinken der Laserschwelle. Dies ist ein Resultat der erhöhten Kopplung von Lasermode und Gitter. Die Emission von DFB-Lasern mit zweidimensionalen Oberflächengittern zeigen eine Verringerung der Divergenz aber kein Einfluss auf die Laserschwelle. Abschließend erfolgt eine Vermessung der Photostabilität von DFB-Lasern unter verschiedenen Bedingungen. Das Einbringen eines konjugierten Polymers in eine aktive Matrix sowie der Betrieb in einer Stickstoffatmosphäre führen dabei zu einer Erhöhung der Lebensdauer auf über eine Million Pulse. Durch die Kombination von Oberflächengittern in PDMS-Filmen mit elektroaktiven Substraten wird eine elektrisch steuerbare Deformation des Beugungsgitters erreicht und auf einen DFB-Laser übertragen. Die spannungsinduzierte Verformung wird zunächst in Beugungsexperimenten charakterisiert und ein optimaler Arbeitspunkt bestimmt. Mit den beiden Elastomeren SEBS12 und VHB4910 werden in den Gittern maximale Periodenänderungen von 1,3% bzw. 3,4% bei einer Steuerspannung von 2 kV erreicht. Der Unterschied resultiert aus den verschiedenen Elastizitätsmoduln der Materialien. Übertragen auf DFB-Laser resultiert eine Variation der Gitterperiode senkrecht zu den Gitterlinien in einer kontinuierlichen Verschiebung der Emissionswellenlänge. Mit einem Spannungssignal von 3,25 kV wird die schmalbandige Emission eines elastischen DFB-Lasers kontinuierlich um fast 50nm von 604 nm zu 557 nm hin verschoben. Aus dem Deformationsverhalten sowohl der reinen Beugungsgitter als auch der Laser werden Rückschlüsse auf die Elastizität der verwendeten Materialien gezogen und erlauben Verbesserungen der Bauteile. / The photoinduced surface relief formation in a newly developed azobenzene containing material is investigated. A photosensitive film based on a supramolecular material concept is illuminated in a holographic setup with light at 488 nm leading to sinusoidal surface structures. It can be shown how the degree of network formation within the material influences structure formation at periods below 500nm. Different material and process parameters are varied to determine maximum possible structure amplitude. At moderate recording conditions and illumination intensities of 200 mW/cm² maximum structure amplitudes of 80 nm are formed within several minutes at periods of approximately 400 nm. Changing material parameters like surface tension and viscosity leads to an increase of maximum amplitude to 160 nm. Additionally, twodimensional structures are fabricated by multiple recording steps. Original surface structures are copied by soft lithography methods into films of UV cured polymers. This replication leads to a decrease of structure contrast and increase of surface roughness. It is shown that structure contrast is preserved by reduction of process temperature. Organic second order distributed feedback (DFB) lasers are prepared with the help of replicated surface gratings covered with organic active layers with thicknesses of several hundred nanometers. The lasers are investigated regarding the influence of grating amplitude on laser threshold and slope efficiency. For this, the optical gain of two green/red emitter materials, polystyrene (PS) doped with laser dye pyrromethene567 (PM567) and active guest host system of conjugated polymers MEH-PPV and F8BT*, is measured. PS doped with PM567 shows relatively low gain threshold of 50 µJ/cm² at 575 nm caused by the low dye concentration while F8BT* doped with MEH-PPV shows threshold gain of 2.5 µJ/cm² at 630 nm. Similar behavior is observed during laser action. Following Bragg-condition grating periods at approximately 400nm lead to laser emission within the gain spectra of the materials. DFB lasers show single mode narrow line emission with FWHMs of down to 0.3nm. This is a result of high grating quality. Lasers based on MEH-PPV-F8BT* exhibit laser thresholds and slope efficiencies of 4.0µJ/cm² and 8.4%, respectively. PM567-PS lasers exhibit 80 µJ/cm² and 0.9%. An increase of grating amplitude of a MEH-PPV-F8BT*-DFB laser from 40nm to 80nm leads to a considerable increase of energy output and a slight decrease of laser threshold. This is a result of an increase of coupling between light mode and grating which relates to an increase of reflectivity. The use of a two dimensional grating leads to a decrease of divergence angle of laser emission but shows no influence on laser threshold. Finally, laser lifetime is observed under different conditions. Doping the conjugated polymer MEH-PPV in an active matrix in combination with the allocation of nitrogen atmosphere leads to an prolongation of half life time to several million pulses. The combination of elastic surface relief gratings with electro active substrates enables electrical controlled deformation of the surface structure. This deformation is characterized by diffraction measurements. At optimal working conditions electro active substrates based on elastomers SEBS12 and VHB4910 show maximum grating deformation of 1.3% und 3.4% at actuation voltages of 2kV, respectively. The different results are caused by the different elastic modulus of the elastomer materials. The transfer of deformation principle to elastic DFB lasers leads to a continuously shift of emission wavelength. At an actuation voltage of 3.25kV an elastic DFB laser based on polyvinylacetate doped with PM567 shows a shift of nearly 50 nm, from 604 nm to 557 nm. Deformation behavior of grating and laser allow to draw conclusions on elasticity of the material and with this is tool for the improvement of the device.

International Telemetering Conference Proceedings / October 23-26, 2000 / Town & Country Hotel and Conference Center, San Diego, California / This paper presents the results of installing a distributed feedback (DFB) laser transmitter and the appropriate optical receiver in an operational site. Frequencies from 1435 to 2400 megahertz are transported intact from a remote site to a local site. From the theoretical calculations, 10 dB of dynamic range may need to be recovered by the use of an automatic gain circuit. The actual device is a delight, needing no additional circuitry to meet specifications. Predictions of performance were made from calculations. The installed system was measured for 1 dB compression point and for figure of merit.

With a rapid increase in information capacity of Internet access, high-speed, highly-efficiency, and cost-effectiveness laser source for optical fiber communication is required. High-speed 25Gb/s directly modulated laser is essential of this communication range, because of its simple structure, direct-modulation characteristics, low cost, and integration capability for wavelength division multiplexing (WDM) system, and moreover, it can achieved 100Gb/s data transmission by four channel module system. In this work, data modulation speed of 25Gb/s direct modulation DFB laser has been achieved. By employing high-speed coplanar waveguide structure with semi-insulating substrate, high-speed with f3dB > 20GHz has been demonstrated. By the electrical reflection measurement, it confirmed that the high-speed direction modulation can be realized through reduction of electrical parasitics. The laser chips is measured under continuous-wave mode at room temperature. In 1300nm and 1550nm wavelength device, slope efficiency obtained by taper fiber coupled of 0.045 and 0.07mW/mA respectively, output power up to 2.73 and 3.96mW/facet at 60mA. The Side Mode Suppression Ratio was greater than 35dB. 3dB bandwidth of greater than 16GHz and 20.5GHz, relaxation oscillation frequency of 12GHz and 16.6GHz. Finally, clearly back-to-back 25Gb/s eye diagram and error-floor-free performance were obtained.

With the rapid development of fiber access networks, data centers, 5th generation cellular networks, and many more, there is an increasing demand for cost effective light sources possessing specification including high frequency modulation efficiency, low noise figure, and high data rate up to 40 Gb/s or even 100 Gb/s. Semiconductor lasers are considered the most attractive candidate in such applications for their low cost, high energy efficiency, and compact size. The focus of this thesis is the development of novel designs of semiconductor DFB lasers for device performance improvement with the help of numerical simulation tools. The governing equations used in the simulation of DFB lasers are briefly explained, which covers the calculation of optical field, carrier transport, material gain, and thermal diffusion. The TWM based on these governing equations are adopted for the numerical laser solver used in the following chapters for device performance simulation. Three novel DFB structures are then proposed in the thesis to achieve different specifications. The first proposed structure is a three-electrode DFB laser which can be directly frequency modulated. Numerical simulation shows that a high frequency modulation efficiency of 26GHz/mA from 0 to 100GHz and 17GHz/mA from 100GHZ to 200GHz can be achieved, respectively. Large-signal simulation of the waveform and eye-diagram of a frequency shift-keying (FSK) signal generated by the laser is also performed by converting it to an amplitude shift-keying (ASK) signal through an optical slope filter. The second proposed structure is a DFB laser with asymmetric λ/8 phase-shifted grating designed to flatten the relaxation oscillation peak through longitudinal spatial hole burning (LSHB) effect. Optimization of the phase-shift position to be 25% (in terms of the total length of the cavity) away from the high reflective (HR)-coated facet leads to reduced power leakage thus a higher quality factor of the cavity. The combined effect provides an improved RIN figure for the proposed DFB laser. The third proposed structure is a DFB laser with periodic current blocking grating. This novel grating is designed to improve the modulation bandwidth of DFB lasers by exploiting the enhancement of net differential gain. The effectiveness of the design is verified numerically, and excellent 3dB bandwidth enhancement are found for both uniform grating and λ/4 phase-shifted grating structures. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Semiconductor lasers are by far the most ubiquitous of all lasers, with their applications ranging from communication to manufacturing and from cooling of atoms to sensing of minor movement. And as the fabrication technique of semiconductor laser mature, numerical simulation tools now play the critical role in laser development. This thesis focuses on the design and simulation of novel structures for distributed-feedback (DFB) lasers to improve the performance of such devices, including the frequency tuning efficiency, relative intensity noise (RIN), and modulation bandwidth. The proposed new structures and the underlying ideas led to them are thoroughly explained in the thesis. The device performances are also investigated numerically by applying traveling wave method (TWM). Simulation results are presented and discussed to provide design guidelines for the proposed structures.

<P> A study of the reliability of semiconductor distributed feedback diode lasers is presented using the degree of polarisation of photoluminescence (DOP). Two figures of merit, v and w, are developed and used to characterise device aging times and performance. v measures the strain gradient between the top and middle of a device by calculating the difference in an area-averaged DOP between the middle and top of a fixed area of the device. w measures the average strain profile across the top of the device by taking the difference in an area-averaged DOP between the region immediately beneath the ridge and the regions to the immediate right and left of it. Further, the influence of aging and the nature of metal contact are explored as they relate to these metrics. </p> <P> Finite element fits to the DOP and rotated degree of polarisation of photoluminescence (ROP) are presented. The models thus generated are used to explain the nature of the strain observed in different devices. </p> / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Le développement des systèmes photoniques aucours des dernières décennies, rendu possible parl’évolution des technologies de nanofabrication, a vul’apparition de nouveaux matériaux synthétiques tels queles cristaux photoniques, les métamatériaux, les plasmonsde surface, et plus récemment les structures dites « àsymétrie Parité-Temps ». La caractéristique de ces derniersmatériaux synthétiques est que bien qu’ils soient décrits parun Hamiltonien non-Hermitien, leurs valeurs proprespeuvent toutefois être réelles. En optique plusieursphénomènes physiques sont connus pour la ressemblancedes équations les décrivant, avec l’expression de ce typed’Hamiltonien en mécanique quantique. C’est le cas deséquations de modes couplés dans les lasers DFB.Ce travail de thèse a porté sur la conception, fabrication etétude de lasers DFB à couplage complexe, dans l’optiqued’appliquer le principe de symétrie Parité Temps (PT) à uncomposant fonctionnel. Ces lasers sont combinent un réseaupar l’indice et par les pertes, avec un déphasage spécifique.La simulation des modes dans la cavité, effectuée parméthode matricielle de Ables, a dévoilé l’avantageuxfiltrage apporté par les lasers DFB à couplage complexe, engardant un seuil faible. Le cas spécifique d’un déphasaged’un quart de période entre les deux réseaux, correspondantà une condition de symétrie PT, induit des effetsunidirectionnels d’amplification en réflexion.Des lasers DFB à couplage par l’indice, par les pertes et àcouplage complexe avec différentes phases entre les réseauxont été fabriqués selon les techniques courantes deréalisation de circuits photonique intégrés : lithographieélectronique et gravure ICP notamment.Les mesures de caractéristiques courant /puissancemontrent une diminution du courant de seuil des lasers àcouplage complexe en comparaison de leur équivalent àcouplage par les pertes, et un comportement monomodeplus robuste et plus systématique en comparaison de leuréquivalent à couplage par l’indice.Les variations d’indice réelle et imaginaire dans les cavitésont été mesurés à l’aide d’un laser externe.La résistance au retour optique de nos lasers a également étéétudiée. Les résultats montrent une corrélation entre latolérance au retour optique et le déphasage des réseauxd’indice et de pertes, sans montrer d’améliorationsignificative de cette résistance par rapport aux lasers DFBà couplage par l’indice.Ce premier « véhicule test » sur l’application de la symétriePT aux lasers à contre réaction répartie a permis d’obtenirdes perspectives encourageantes quant à l’amélioration desperformances des technologies existantes. Ce travailconforte l’intérêt de ce concept pour la conception de lasersDFB tolérant au feedback et leur intégration dans unsystème laser-modulateur fonctionnant sur la même base. / The development of photonics during the pastdecades, enabled by the advent of nanofabricationtechnologies, witnessed the appearance of new types ofartificial materials such as photonic crystals,metamaterials, plasmonic circuits, and more recently the socalled “PT symmetry” structures. The characteristic featureof this new type of artificial structures is that though theyare described by non-Hermitian Hamiltonians theireigenvalues can still be real. In optics, several physicalphenomena are known to obey equations that are formallyequivalent to that of Hamiltonians in quantum mechanics.During this work, we investigated the design, fabricationand characterization of complex-coupled DFB lasers, withthe intent to apply Parity-Time (PT) symmetry to apractical device. The mode selectivity inside the cavity isbrought by the combination of a gain-coupled and indexcoupledBragg grating, under the form of respectively acorrugated waveguide and a metallic absorbing surfacegrating.Through the simulation of the mode evolution insideconventional DFB lasers and complexe-coupled DFBlasers using Ables matrix method, the advantages ofefficient mode filtering while keeping a low thresholdcurrent was observed. The specific phase shift of a quarterperiod, matching the PT-symmetric configuration, is foundto show highly asymmetric mode selection, with unidirectionalamplification in reflection.Index, gain and complex-coupled DFB lasers with differentphase shifts between loss and index grating profiles werefabricated, using photonics integrated circuits fabricationbuilding blocks: electron beam lithography and inducedcoupled plasma dry etching to name but a few.The characterization of the fabricated lasers shows areduction in threshold compared to equivalent third ordergain-coupled DFB lasers, and improved monomodeoperation and yield compared to third order index-coupledDFB lasers.Real and imaginary parts of the index modulation as wellas reflection spectral response was investigated by externaloptical probing of the laser cavities.The resistance of the CC DFB lasers to external opticalfeedback was studied. If results show an apparentcorrelation between the gratings phase shift and thefeedback resistance, but no significant improvement wasfound with regards to IC DFB lasers.This first milestone on the application of PT-symmetry tothe design and fabrication of DFB lasers provide interestingprospects on the improvement of existing technologies.This work reinforces the interest of this concept for thedesign of feedback tolerant DFB lasers, and theirintegration in an all PT-symmetric laser-modulator system.

Les besoins actuels des systèmes de télécommunications et des capteurs optiques poussent à réaliser des circuits intégrés optiques présentant toujours plus de fonctions sur un même substrat. Atteindre un tel niveau d'intégration est difficile, car les matériaux et les procédés technologiques employés pour implémenter les différentes fonctions optiques ne sont pas toujours compatibles entre eux. Cette thèse s'inscrit dans la problématique de l'intégration des fonctions optiques actives (émission, amplification) et passives (multiplexage, filtrage, etc.) sur substrat passif et reporte la réalisation d'un laser DFB hybride tridimensionnel par échange d'ions sur verre passif et report de plaque d'un verre actif codopé Er3+:Yb3+. Ce laser est constitué d'un guide canal de Bragg, sélectivement enterré dans le substrat passif, et chargé par un guide plan, réalisé dans le verre actif (dopé avec une concentration massique de 2,3% en Er2O3 et 3,6% en Yb2O3). Il est caractérisé par une émission monomode de (420±15) µW à 1534 nm, pour (390±20) mW de puissance de pompe injectée. Ce dispositif ouvre ainsi la voie vers l'intégration de fonctions actives, localisées à la surface du substrat passif, avec des fonctions passives, réalisées en exploitant le volume et la surface du même substrat. / The current needs of optical telecommunications and sensors require developing integrated optical circuits providing different and heterogeneous functions on the same substrate. The main issue is the incompatibility between the manufacturing processes of these optical functions. This work deals with the integration of active (emission, amplification) and passive (multiplexing, filtering, etc.) functions on a passive glass substrate. Its aim is to develop a DFB three-dimensional hybrid laser by ion-exchange in passive glass. This laser is made of a Bragg channel waveguide, selectively buried in the passive glass substrate, loaded by a plane waveguide, defined at the surface of an Er3+:Yb3+ codoped active glass wafer. It emits a (420±15) µW laser signal at 1534 nm for (390±20) mW injected pump power. Hence this device opens the way towards the integration of active functions, located at the surface of the passive glass substrate, with passive ones, spreading at its surface and in its volume.

De nombreux capteurs optiques, tels que les LIDARS, nécessitent des sources laser à la fois puissantes et spectralement fines. Dans ce contexte, l'objectif de ce projet est la réalisation de sources laser impulsionnelles intégrées, dont les caractéristiques spectrale et temporelle atteignent la limite théorique prédite par la théorie de Fourier. Pour ce faire, nous proposons une structure laser de type DFB avec un fonctionnement déclenché. La technologie de l'échange d'ions est retenue pour réaliser des guides d'onde amplificateurs dans un verre phosphate dopé ytterbium. La cavité DFB est ensuite constituée par gravure d'un réseau de Bragg à la surface des guides amplificateurs. Le comportement impulsionnel est obtenu par dépôt, sur la structure précédente, d'une couche mince d'acétate de cellulose dopée avec l'absorbant saturable BDN. Cette structure nous a permis d'obtenir des lasers impulsionnels monomodes longitudinaux dont les caractéristiques spectrales atteignent la limite de Fourier. Une étude en concentration d'absorbant saturable du superstrat montrent une variation de la durée des impulsions de 2,5 ns à 100 ns avec des puissances crêtes respectives de 30 W et 14 W. Nous parvenons donc à des spectres de largeur à mi-hauteur de valeur 9 MHz. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de sources laser compactes pour les lidars embarqués. / Various optical sensors, such as LIDARs, need laser sources both powerful and narrow-linewidth. In this context, the aim of this project is the realization of integrated pulsed laser sources with a Fourier Transform Limited (FTL) spectrum. To do so, we propose a passively Q-switched DFB laser structure. Ion-exchange technology is used to realize amplifier waveguides on Ytterbium-doped phosphate glass. The DFB cavity is made by dry etching of a Bragg grating on the waveguides surface. The Q-Switched behavior is obtained by depositing a BDN-doped cellulose acetate coating layer, acting as a saturable absorber. This structure allowed us obtaining FTL single-frequency pulsed lasers. When studying the impact of BDN concentration, we observe pulses ranging from 2,5 ns with 40 W peak power, to 100 ns with 14 W peak power. Thus, our device FWHM linewidth goes down to 9 MHz. These results pave the way for the realisation of compact laser sources for embedded lidar systems.

Le développement d'un procédé de détection de gaz atmosphériques à l'état de traces en temps réel, fiable, robuste, sélectif, sensible et portable, est impératif pour répondre à des enjeux sanitaires, écologiques et industriels. La spectroscopie par diodes laser accordables est une des voies envisagées pour pourvoir à ce besoin. Elle nécessite le développement de diodes lasers mono-fréquences émettant en régime continu à température ambiante entre 2 µm et 3.3 µm. Nous reportons ici les modélisations et développements technologiques nécessaires à la fabrication de lasers à contre-réaction répartie – à couplage par l'indice, réseau du 1er et 2nd ordre, sur substrat antimoniure – ainsi que les résultats obtenus. Dans la première partie de ce document, après avoir dressé le contexte de l'étude, nous introduirons la théorie des lasers à contre-réaction répartie et présenterons les modélisations qui ont permis de décrire nos structures. La seconde partie est dédiée aux développements des procédés technologiques qui ont permis de mettre en place deux filières de fabrication de composants – à savoir des lasers DFB à ailettes et lasers DFB à réseau enterré. La troisième partie expose les performances des composants fabriqués et présente les premières mesures d'analyse de gaz effectuées. Ces travaux ont conduit au développement de deux nouvelles filières de fabrication de composants : des diodes lasers mono-fréquences présentant une puissance élevée et une forte sélectivité modale. Les prototypes fabriqués seront utilisés sur des systèmes de spectroscopie. / Development of a reliable, real-time, selective, sensitive and suitable technique for atmospheric trace gas spectroscopy is a critical challenge in science and engineering, for sanitary, ecological and industrial issues. Tunable single-frequency lasers in the 2µm to 3.3µm wavelength range, working in continuous regime at room temperature, can be used in absorption spectroscopy to identify and quantify several atmospheric gases. We report here on the design, the technological development and the performances of 1st and 2nd order index-coupled distributed-feedback (DFB) antimonide-lasers diodes in the 2µm to 3.3µm wavelength range. The first part of this document establishes the context of the thesis, introduces the DFB theory and our modelisation. The second part presents the technological fabrication of the two different components: the side wall corrugated DFB lasers and the buried DFB lasers. The third part shows the performances of the components and the first tests on gas measurement.This work has led to the development of two different kinds of single-frequency laser diodes with high optical power and spectral purity. The fabricated prototypes will soon be used on gas spectroscopy set-up.