SLD

Une diode laser à semi-conducteur est une source de lumière cohérente fabriquée à partir d'une jonction p-n polarisée en direct dans un matériau semi-conducteur, généralement l'arséniure de gallium (GaAs) ou le phosphure d'indium (InP). Lorsque le courant traverse la jonction, l'émission stimulée produit une lumière cohérente. La jonction elle-même agit comme une cavité résonante, rendant l'ensemble du dispositif plus petit qu'un grain de riz. Cette compacité, combinée au pompage électrique et à la modulation directe, explique pourquoi les SLD ont supplanté les lasers à gaz et à semi-conducteurs dans les télécommunications, la détection par fibre optique et le traitement des matériaux.

Les SLD émettent des longueurs d'onde déterminées par la bande interdite de leur matériau semi-conducteur. Les longueurs d'onde courantes comprennent 850 nm et 1310 nm dans le GaAs et l'InP respectivement, choisies pour correspondre aux fenêtres à faible perte de la fibre optique en silice. Les SLD modernes pour les télécommunications fonctionnent dans les bandes de 1480 nm à 1625 nm. La puissance de sortie varie de quelques milliwatts dans les applications de détection à plusieurs watts dans les variantes de haute puissance, bien qu'elles restent bien en deçà de la capacité de plusieurs kilowatts des lasers à fibre.

Fiabilité et dégradation

Le principal risque opérationnel des SLD est la dégradation optique catastrophique (COD), une défaillance soudaine de la facette de sortie causée par une intensité optique élevée et la contamination. Cela peut se produire en quelques secondes dans les pires conditions. Un couplage de lentille approprié, une isolation optique et une propreté autour du dispositif sont essentiels. Le vieillissement se produit progressivement par oxydation des facettes et formation de défauts ; les durées de vie typiques en fonctionnement normal sont de 10 000 à 100 000 heures selon la puissance et la conception. Le contrôle de la température est essentiel : la longueur d'onde de sortie dérive d'environ 0,3 nm par degré Celsius, et le courant de seuil augmente exponentiellement avec la chaleur.

Les SLD sont privilégiées dans les communications par fibre optique car elles se couplent directement à la fibre monomode et tolèrent une modulation électrique à des débits gigabit avec une distorsion minimale. Dans les conceptions à réflecteur de Bragg distribué (DBR), un réseau sélectif en longueur d'onde à l'intérieur de la cavité permet un réglage sur une plage de 40 nm et réduit la largeur de ligne à moins de 1 nm. De manière générale, les SLD Fabry-Pérot (Fabry-Perot) coûtent moins cher et tolèrent une puissance plus élevée, mais ont une largeur spectrale plus large et une stabilité de longueur d'onde plus faible.

Le terme SLD est parfois utilisé de manière lâche pour couvrir les lasers à émission par la tranche et les lasers à émission de surface à cavité verticale (VCSEL), bien que les VCSEL soient techniquement une sous-classe distincte avec une architecture et des performances différentes. En métrologie et en détection, les SLD sont préférées aux lasers traditionnels pour la tomographie par cohérence optique (OCT) et l'interférométrie car leur courte longueur de cohérence réduit les interférences des réflexions indésirables. Dans la découpe et le soudage industriels, les réseaux de diodes de haute puissance et les lasers à fibre ont largement supplanté les modules SLD individuels, bien que les SLD restent dominantes dans les tâches et instruments de précision à faible puissance.