Inscription photoréfractive de guides pour la réalisation de composants intégrés reconfigurables

Photonic devices in solitonic waveguides

• Auteur / Autrice : Massimo Alonzo
• Direction : Delphine Wolfersberger, Eugenio Fazio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 07/05/2010
• Etablissement(s) : Metz en cotutelle avec Università degli studi La Sapienza (Rome)
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMOPS - Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes (Metz)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Fontana, Éric Louvergneaux, Roberta Ramponi, Ivo Rendina

Mots clés

Mots clés contrôlés

Erbium

Effet photoréfractif

Niobate de lithium

Solitons

Mots clés libres

Soliton

Photoréfraction

Niobate de Lithium

Erbium

Electro-optic

Second harmonic generation

Résumé

La thèse montre des solutions pour la réalisation de circuits photoniques intégrés utilisant le caractère volumétrique et les très faibles pertes en propagation des solitons spatiaux. On s'intéresse aux éléments de base : interconnexions, sources et router optique (comme dispositif d'élaboration). Interconnexions et sources sont réalisé dans le niobate de lithium (LN) qui fournis des structures avec une très longue durée temporelle. Le fonctionnement d'un router optique est démontré dans le semiconducteur photo-réactif (PR) InP:Fe en raison de sa sensitivité aux longueurs d'onde infrarouges (IR) et à son temps de réponse rapide. On montre que les pertes en propagation dans les interconnexions solitoniques peuvent être réduites à nouveau en utilisant un faisceau en polarisation ordinaire qui augmente la variation d'indice de réfraction induite. La réalisation de sources intégrées solitoniques est étudié pour avoir émission en bleu à 400nm et en IR à 1530nm. Celles en bleu sont obtenues par génération de deuxième harmonique ; le rôle du bleu pour la formation des solitons est montré et ses propriétés physiques étudiées. Celles en IR sont obtenues en dopant le LN avec des ions (actifs) d'erbium. Leurs effets sur les paramètres PR sont présentés et les solitons spatiaux sont obtenus en excitant l'absorption soit du LN soit de l'erbium. L'amplification de la luminescence est étudié numériquement. Le routage optique dans le InP:Fe est obtenu en faisant interagir deux solitons cohérents et en changeant leur phase relative. L'augmentation de la séparation ou leur fusion est analysé en fonction de la distance entre eux, température et intensité de la lumière

Solutions for the realization of integrated photonic circuits with the advantages that spatial solitons offer, like their volumetric nature and the very low propagation losses are shown. Interconnections, sources and optical router (as signal elaboration device) are investigated. Interconnections and sources are experimentally demonstrated in lithium niobate (LN) that provides long-lasting structures thanks to its very long dielectric relaxation time. The optical router working principle is realized in the photorefractive semiconductor InP:Fe because of its sensitivity in infrared radiation and its fast response time. To improve solitonic interconnections, an analysis based on propagation losses in function of light polarization and LN anisotropy is done. The key role played by an ordinary polarized beam on the induced refractive index variation is exploited. Integrated sources in solitonic waveguides for the emission of blue at 400nm and of an infrared beam at 1530nm are investigated. Sources emitting in blue are obtained via a second harmonic generation process ; blue seed role in spatial soliton formation is demonstrated and its physical properties are investigated as well. The infrared one is achieved by doping LN with (active) erbium ions. Their effects on the photorefractive parameters are exploited and spatial solitons realized both pumping direcly erbium absorption lines and the LN ones. Luminescence amplification is studied numerically. Optical routing in InP:Fe is achieved by making two coherent solitons interact by changing their relative phase. Separation increasing or fusion is analyzed in function of mutual distance, temperature and light intensity