Etude théorique et expérimentale des mécanismes de conversion des fréquences dans les cristaux photoniques non linéaires

Theoritical and experimental study of frequencies conversion mecanismes in nonlineare photonic crystals

• Auteur / Autrice : Hocine Chikh-Touami
• Direction : Azzedine Boudrioua, Lotfy Mokhtar Simohamed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 19/07/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité en cotutelle avec Ecole Militaire Polytechnique d'Algérie
• Ecole(s) doctorale(s) : École Militaire Polytechnique (Alger)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique des lasers (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Omar Ziane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatiha Challali, Mouloud Kachouane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Omar Ziane, Youcef Ouerdane

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cristaux photoniques

Cristaux non linéaires

Mots clés libres

Cristal photonique non linéaire

Génération paramétrique partagée

Génération multi-Longueurs d’onde

Conversion de fréquence

Nonlinear photonic crystals

Frequency conversion

Spectral and angular properties

Résumé

Ce travail porte sur l’étude des mécanismes de conversion de fréquences dans les cristaux photoniques non linéaires bidimensionnels. En particulier, nous avons étudié la génération paramétrique optique (GPO) dans les cristaux de LiTaO3 (PPLT- 2D) à réseau carré. Nous nous sommes d’abord intéressés à l’étude théorique et numérique de structures PPLT- 2D. Une étude numérique, nous a permis de comprendre la contribution des vecteurs de réseau réciproque (kmn) pour différents types de réseaux, en particulier les réseaux carrés et rectangulaires. Par simulations numériques, nous avons également étudié l’influence de l’angle incidence du faisceau de pompe sur l’efficacité de conversion paramétrique dans ses structures. Les mesures expérimentales nous ont permis de mettre en évidence, pour la première fois, l’existence de plusieurs singularités où le signal est partagé pour générer deux idlers et vice versa. En effet, en analysant les propriétés spectrales et angulaires des faisceaux à la sortie du cristal, nous avons, expérimentalement et numériquement, identifié les contributions impliquées dans ces processus communs de GPO. De plus, nous avons étudié le management du gain paramétrique optique dans un réseau carré de PPLT-2D. Les résultats montrent que l’exploitation de la direction non colinéaire permet d’augmenter le gain suivant deux angles d’incidences de la pompe : 0.8° et 1.6°. Cela implique, une meilleure efficacité de conversion en minimisant le walk-off entre la pompe et l’idler. Dans ces conditions, le gain pourrait être proche de celui de la direction colinéaire. Un bon accord a été constaté entre les résultats expérimentaux et ceux de la simulation.

This work deals with the study of the mechanisms of frequency conversion in two-dimensional nonlinear photonic crystals. In particular, we have studied optical parametric (OPG) generation in square-lattice LiTaO3 crystals (PPLT-2D). We first focused on the theoretical and numerical study of PPLT-2D structures. A numerical study allowed us to understand the contribution of the reciprocal lattice vectors (kmn) for different types of gratting, in particular square and rectangular lattices. By numerical simulations, we also studied the influence of the incidence angle of the pump beam on the efficiency of the parametric conversion in these structures. Experimental measurements have allowed us to demonstrate, for the first time, the existence of several singularities where the signal is shared to generate two idlers and vice versa. Indeed, by analyzing the spectral and angular properties of the beams at the output of the crystal, we have experimentally and numerically identified the contributions involved in these common OPG processes. In addition, we studied the management of the optical parametric gain in a square lattice of PPLT-2D. The results show that the use of the non-collinear direction makes it possible to increase the gain according to two angles of incidence of the pump: 0.8 ° and 1.6 °. This implies, better conversion efficiency by minimizing the walk-off between the pump and the idler. Under these conditions, the gain could be close to that of the collinear direction. A good agreement was found between the experimental results and those of the simulation.