Approche au niveau du wafer pour la mise en forme du faisceau optique de VCSEL à grande vitesse pour les communications LiFi optiques en espace libre et LIDAR

La transition des technologies radiofréquences vers les technologies optiques transforme considérablement les communications sans fil, permettant des avancées comme la transmission sans fil de données LiFi et la cartographie 3D précise avec le LiDAR. Au cœur de ces innovations se trouvent les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL), reconnus pour leur bande passante élevée et leur évolutivité. Cependant, atteindre leurs performances maximales, particulièrement pour les applications haute résolution, nécessite un contrôle rigoureux du faisceau. Ce travail s'appuie sur la solution de couplage VCSEL au niveau du wafer d'ICON Photonics en appliquant des structures en forme de cône (taper) aux systèmes LiFi et LiDAR. Le façonneur de faisceau proposé, basé sur une structure effilée, offre une solution évolutive et précise indispensable pour des systèmes optiques performants. Des simulations utilisant la méthode de propagation de faisceau (BPM) ont démontré la polyvalence du taper pour contrôler la divergence du faisceau et la répartition de son intensité, s'adaptant à des dimensions allant de 1 à 35 µm avec une hauteur fixe de 100 µm. Les validations expérimentales ont montré une réduction significative de la divergence, passant de 26,2° à 19,3° selon l'axe x et de 25,4° à 17° selon l'axe y. Les tests réalisés avec des unités de matrices de fibres et des convertisseurs de taille de spot ont confirmé une très bonne correspondance avec les simulations en termes de largeur et de profil du faisceau. Des essais thermiques ont également attesté de la robustesse du matériau SU-8 dans des conditions à haute température. Ces résultats établissent le taper beam shaper comme une solution efficace et économique améliorant sensiblement les performances des systèmes optiques basés sur des VCSEL