Étude des non-linéarités optiques par mélange à deux ondes dans les composés III-V semi-isolants

par Jean-Claude Fabre

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Gérald Roosen.

Soutenue en 1989

à Paris 11 .

mots clés

• Absorption non linéaire
• Mélange à deux ondes
• Photoconducteur
• Électrooptique
• Semiconducteurs

Résumé

L'effet photo réfractif permet de réaliser de nombreuses opérations dans le domaine du traitement optique. Les semi-conducteurs sont des matériaux photo réfractifs qui possèdent de grandes mobilités et pour lesquels le temps d'établissement de cet effet devrait être très court. Nous avons réalisé une étude tant expérimentale que théorique du mélange à deux ondes dans InP:Fe et GaAs:Cr en régime d'excitation nanoseconde. Nous avons tout d'abord mis en évidence un transfert d'énergie du a l'effet photo réfractif dans ces deux cristaux. De plus un second effet, absorption non linéaire, se superpose à l'effet photo réfractif dans le cristal d'InP:Fe. Les deux phénomènes peuvent être isoles en utilisant les symétries de l'effet photo réfractif. Nous présentons une analyse complète de ces deux effets non linéaires. Pour le couplage d'onde photo réfractif, deux types de porteurs de charges sont impliqués dans le modelé de transport de charge. Ces porteurs (électrons et trous) sont photo excites à partir d'un seul piège profond (fe2+/fe3+ ou Cr2+/Cr3+). L'absorption non linéaire ou absorption non linéaire ou absorption induite résulte de la redistribution des charges dans les différents niveaux du fer. Des simulations numériques décrivent d'une part l'évolution temporelle et la dépendance en énergie nous donnent quelques paramètres des cristaux.

Titre traduit

Investigations of nonlinear optical phenomena by two-wave-mixing in semi-insulating crystals and semiconductors

Résumé

Photorefractive effect offers unique features for information procession. Semiconductors are photorefractive materials that promise, due to their high carrier mobility, short response times. Experimental and theoretical two-wave-mixing investigations have been conducted in InP:Fe and GaAs:Cr crystals. In addition, a second effect, nonlinear absorption, is superimposed to the photorefractive effect in InP:Fe. The two phenomena can be separated using the symmetries of the photorefractive effect. We present a complete analysis of both nonlinear effects. For the pho­ torefractive beam coupling, two types of charge carriers (electrons and holes) are involved in the charge transport model. The charge carriers are photoexcited from a single deep trap (Fe2+ /Fe3+ or Cr2+ /Cr3+). The nonlinear or induced absorption is based on a redistribution of the populations of the different Fe-levels. Computer simulations explain the time evolution and energy dependence of bath phenomena. A comparison between experiment and theory gives estimated values of some important parameters of these crystals.