Compact silicon photonics-based multi laser module for sensing

Une source compacte à trois lasers pour la détection optique est présentée. Elle est basée sur une boucle d’asservissement faible bruit de la méthode Pound-Drever-Hall et comprend des boucles optiques à verrouillage de phase à large bande passante. Les sorties de trois lasers à semi-conducteurs à rétroaction distribuée, montés sur des refroidisseurs thermoélectriques (TEC), sont couplées avec des micro-lentilles dans une puce photonique en silicium (SiP) qui effectue la détection des battements et plusieurs autres fonctions. La puce comprend des modulateurs de phase, des atténuateurs optiques variables, des coupleurs d'interférence multimode, des coupleurs à ratio variable, des photodiodes intégrées et des coupleurs vers la fibre optique. Les connexions électriques entre une céramique métallisée et les TEC, les lasers et la puce SiP sont réalisées par des micro-câbles d’or. Tous ces composants se trouvent dans un boîtier de 35 mm par 35 mm qui est interfacé avec 90 pattes électriques et deux fibres optiques. Une fibre transporte les signaux d'un laser maître et d'un laser esclave, tandis que l'autre transporte ceux d'un second laser esclave. Les pattes sont soudées à une carte de circuit imprimé comportant un microprocesseur qui contrôle et surveille le système afin de garantir un fonctionnement stable dans des conditions environnementales fluctuantes.
Cette source multi-laser hautement adaptable peut répondre à diverses applications de détection nécessitant le suivi d'un maximum de trois caractéristiques spectrales étroites avec une large bande passante. Elle est utilisée pour détecter un résonateur à base de fibre émulant un gyroscope résonant à fibre optique. Le laser maître est verrouillé sur le résonateur avec une largeur de bande d’asservissement supérieure à 1 MHz. Les lasers asservis sont verrouillés en fréquence sur le laser maître avec une largeur de bande d’asservissement supérieure à 100 MHz. Cette source haute performance est compacte, automatisée, robuste et reste verrouillée pendant des jours.

S. Ayotte, F. Costin, A. Babin, G. Paré-Olivier, M. Morin, B. Filion, K. Bédard, P. Chrétien, G. Bilodeau, E. Girard-Deschênes, L.-P. Perron, C.-A. Davidson, D. D'Amato, M. Laplante, and J. Blanchet-Létourneau "Compact silicon photonics-based multi laser module for sensing", Proc. SPIE 10537, Silicon Photonics XIII, 1053717 (22 February 2018); https://doi.org/10.1117/12.2290187