Etude et caractérisation optique linéaire et non-linéaire de guides d'onde plans fabriqués par implantation d'hélium (He+) et de protons (H+) dans KTiOPO4 (KTP)

par Philippe Bindner

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Claude Loulergue.

Soutenue en 1999

à Metz .


  • Résumé

    Les besoins technologiques croissants dans les domaines du traitement de l'information par voie optique et des lasers biomédicaux encouragent l'élaboration de composants optoélectroniques intégrés et de micro-lasers émettant dans le visible et l'UV. Par doublage de fréquence dans des matériaux fortement non-linéaires, il est possible d'obtenir des efficacités de conversion élevées. Le KTiOPO4 (KTP) fait partie des matériaux de référence en optique guidée non-linéaire. Dans ce travail, nous avons caractérisé les propriétés optiques linéaires et non-linéaires de guides d'onde plans fabriqués dans KTP par implantation d'ions H+ et He+. Trois techniques de mesure ont été utilisées : la spectroscopie des lignes noires, la génération de seconde harmonique par réflexion totale (SHEW) et la génération de seconde harmonique par réflexion sur la tranche du guide (MGSH). La première a permis de déterminer les paramètres optogéométriques des guides étudiés. La SHEW a permis d'étudier les effets de l'implantation sur les propriétés optiques non-linéaires en surface de ces guides. La MGSH qui a fait l'objet d'un montage que nous avons realisé a permis d'examiner les effets de l'implantation sur les propriétés optiques non-linéaires en volume des échantillons. La caractérisation optique linéaire n'a pas révélé de mode guide dans KTP (Z-cut):H+. Dans le cas de l'implantation d'ions He+, la lumière est mieux confinée pour une excitation nz que nx ou ny. L'anisotropie du cristal de KTP est préservée apres l'implantation d'ions He+. L'implantation multiple a faible énergie a permis de réaliser des guides d'onde, pour la premiere fois avec H+ dans KTP (Y-cut) et d'optimiser leurs performances optiques avec He+ avec cette même orientation. Les pertes y ont été estimées <5 dB. Cm-1 dans KTP:H+ et <3 dB. Cm-1 dans KTP:He+ en polarisation TM (Nz). Par la technique SHEW, les réductions des non-linéaires de surface sont d'autant plus fortes que le sont les doses ioniques. L'utilisation de la technique MGSH a mis en évidence dans KTP (Z-cut):H+, l'existence d'une perturbation a une profondeur de 117 [mu]m qui pourrait être due a la présence d'une barrière optique. Ceci pourrait ainsi expliquer l'absence de mode guide dans cet échantillon. Cette technique a également montré une réduction plus ou moins forte de la non-linéarité sur une profondeur variable dans les guides implantés H+ et He+ alors que, comparativement, la non-linéarité est plus fortement perturbée dans les guides de KTP:Rb+. L'implantation d'ions légers est donc une technique très prometteuse pour la réalisation de guides d'onde. De plus, cette étude laisse entrevoir la réalisation de doublage de fréquence avec des éfficacités de conversion élevées dans KTP:H+ par la technique de Quasi-Accord de Phase

  • Titre traduit

    Study and linear and non-linear optical characterization of planar waveguides made by helium (He+) and proton (H+) implantation in KTiOPO4(KTP)


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The increasing technological needs in the information optical processing and biomedical lasers encourage the elaboration of integrated optoelectronic components and micro-lasers emitting in the visible and UV spectrum. With frequency doubling in highly non-linear optical materials, it is possible to reach high conversion efficiencies. KTiOP04 (KTP) is one of the reference materials in non-linear guided optics. In this work, we have characterized the linear and non-linear optical properties of planar waveguides made in KTP by H+and He+ implantation. Three experimental techniques have been used : the dark lines spectroscopy, the second harmonic generation in total reflection (SHEW) and the second harmonic generation by reflection on the waveguide edge (MSHG). The first one leads to determine the optogeometrical parameters of the studied waveguides. The SHEW technique has enabled to study the implantation effects on the surface non-linear optical properties of these waveguides. The MSHG technique that was the object of an experimental set-up we realized enabled to investigate the implantation effects on the volume optical non-linear properties of the samples. The linear optical characterization did not show any guided mode in (Z-cut) KTP wafers implanted with H+. In the case of He+ implantation, light is better confined in Nz excitation than in Nx or Ny one. The KTP crystal anisotropy is preserved after He+ implantation. The multiple implantation led to the elaboration of waveguides with H+, for the first time in KTP (Y-cut) wafers, and to the improvement of their optical performances with He+, in KTP (Y-cut) wafers. Losses were estimated <5 dB. Cm-1 in KTP:H+ and <3 dB. Cm-1 in KTP:He+ with TM polarisation (Nz). With the SHEW technique, the surface non-linear properties are far more reduced with high ionic implanted doses. The use of the MSHG technique has shown in KTP (Z-cut):H+, the existence of a perturbation at 117 [mu]m depth that could be due to the presence of an optical barrier. This observation could therefore explain the absence of guided mode in this sample. This technique has also shown that the optical non-linearity is reduced on a variable depth in the guiding area in H+ and He+ implanted waveguides whereas, in comparaison with RB exchanged KTP waveguides, it is strongly perturbated. Light ions implantation is therefore a promising technique to make waveguides. Moreover, this study lets to foresee the fiequency doubhg realisation with high conversion efficiencies into H+ implanted KTP waveguides by Quasi-Phase Matching (QPM) technique

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Informations

  • Détails : 1 vol. (157 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr. en fin de chapitres

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