Optique non linéaire dans les cristaux photoniques en semiconducteur III-V

• Auteur / Autrice : Fabrice Raineri
• Direction : Juan Ariel Levenson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Optique et photonique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Seconde harmonique

Effet Kerr résonant

Résumé

Depuis la proposition initiale en 1987 par E. Yablonovitch et S. John du concept de cristaux photoniques, un grand nombre d'études ont démontré que ces structures périodiques permettent de contrôler de façon efficace la propagation de la lumière. La recherche concernant les cristaux photoniques traite aujourd'hui des aspects fondamentaux comme le contrôle de l'émission spontanée mais aussi des sujets plus applicatifs comme les lasers à faible seuil et les circuits photoniques pour l'optique intégrée. La principale raison de cette activité intense est que, grâce à la structuration de la matière à l'échelle de la longueur d'onde de la lumière, il est possible de réaliser une véritable ingénierie des propriétés dispersives de ces objets : la propagation de la lumière peut être ainsi empêchée sur de grandes plages de fréquences (gap photonique), la vitesse de phase et la vitesse de groupe de la lumière peuvent aussi être contrôlées. Ceci peut mener à la localisation du champ électromagnétique et, en conséquence, à une exaltation des interactions entre la lumière et la matière. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés d'une part à la conception et à la fabrication de cristaux photoniques unidimensionnels et bidimensionnels en AlGaAs pour réaliser des convertisseurs de fréquence ultracourts pour l'optique intégrée. D'autre part, nous montrons qu'en utilisant de façon avantageuse les fortes non linéarités du troisième ordre des semiconducteurs III-V dans les cristaux photoniques bidimensionnels, on peut obtenir de l'effet laser, de l'accordabilité spectrale, de la commutation ultra rapique et de l'amplification.

It is believed that the future developments in optical networks will rely crucially on all-optical processing. The use of light as the information carrier instead of electrons provides higher data transmission rate across long distances, ina fast and a reliable way. Moreover, all-optical devices with their inherent potentiel to avoid detrimental thermal effects, allows a miniaturization down to the nanoscale. In the search for such all optical devices, photonic crystals are increasingly evoked. These periodic structures with their lattice dimension of the order of the light wavelength constitutes an innovative way to control the electromagnetic field propagation over one, two or the three directions of the space. It has been shown that it is possible to design integrated optical devices using these structures such as filters, routers, etc. , for all optical signal processing. By controlling the opto-geometrical parameters of these structures, it is possible to slow down the light, to localize it and to control ots phase and group velocities. This can lead to a strong enhanement of the nonlinear interactions. Conversely, nonlinear optics brings to photonic crystals new functionalities such as frequency conversion, switching, amplification, etc. In this thesis, we report on the design and the fabrication of 1D and 2D photonic crystals in AlGaAs optimized to obtain efficient second harmonic generation within short distance. We also show that the important non linearities of III-V semiconductors can be avantageously used in 2D photonic crystals to obtain laser effet, tunability, ultrafast switching and amplification.