Génération de second harmonique dans les milieux périodiques uni ou bidimensionnels à semiconducteurs III-V

par Yannick Dumeige

Thèse de doctorat en Physique. Optique et photonique

Sous la direction de Juan Ariel Levenson.

Soutenue en 2002

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    L'accord de phase est une condition nécessaire à l'obtention d'interactions non-linéaires du second ordre efficaces. Les matériaux semiconducteurs III-V présentent des propriétés optiques qui ne permettent pas la réalisation de cette condition par les moyens usuels. Il faut dans ce cas avoir recours à des moyens artificiels comme l'utilisation de milieux périodiques pour réaliser une ingénierie de la dispersion chromatique ou de vitesse de groupe. Nous avons réalisé et étudié expérimentalement des structures laminaires périodiques et plus particulièrement des structures multicouches AIGaAs/AlOx. Ces dernières présentent l'intérêt de permettre simultanément l'accord de phase ainsi qu'une augmentation de la densité de modes optiques favorable à l'efficacité de conversion dans le processus de génération de second harmonique. Nous avons pu en comparant différents échantillons établir expérimentalement une loi de croissance de l'efficacité de conversion proche de la puissance cinquième du nombre de périodes. Nous avons également étudié de manière numérique des structures périodiques dans lesquelles les ondes fondamentale et second harmonique sont guidées. Pour ce faire nous avons développé un code de FDTD (Finite Difference Time Domain) non-linéaire. Nous l'avons alors utilisé pour la simulation des interactions non-linéaires dans un cristal photonique unidimensionnel constitué par un guide d'onde planaire gravé périodiquement. Nous avons alors pu proposer une structure réalisant un compromis entre le confinement et les pertes par diffraction. Finalement l'utilisation de notre code FDTD nous a permis de montrer numériquement qu'un guide à défaut réalisé dans un cristal photonique bidimensionnel pouvait permettre le guidage des ondes fondamentale et second harmonique tout en réalisant la condition d'accord de phase.


  • Résumé

    Phase matching is indispensable to obtain efficient second order non-linear interactions. III-V semiconductors materials have optical properties which don't allow us to obtain phase matching by usual ways. Hence we must use artificial media like periodic structures to achieve chromatic or group velocity dispersion engineering. We fabricated and studied experimentally laminar periodic structures and more particularly AlGaAs/AlOx multilayers. This kind of periodic structures permit phase matching and a simultaneous increase in the density of optical modes which is favourable for the conversion efficiency in the second harmonic generation process. By comparing different structures, we established that the conversion efficiency grows faster than the fifth power of the number of unit cells. We also studied numerically periodic structures in the waveguided regime. In order to simulate their behaviour we developed a non-linear FDTD (Finite Difference Time Domain) code. Subsequently we used it to simulate the non-linear interactions in a 1D photonic crystal constituted by a planar waveguide periodically etched. We proposed a structure achieving a compromise between confinement and diffraction lasses. Finally we demonstrated numerically with our non-linear FDTD code that a 2D photonic crystal defect waveguide allows simultaneously the waveguiding of the two waves in non-linear interaction and the phase-matching condition.

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Informations

  • Détails : 185 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.175-183.

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(2002)214
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