Génération de seconde harmonique dans les microdisques de phosphure de gallium intégrés sur silicium

Second harmonic generation in gallium phosphide microdisks integrated on silicon

• Auteur / Autrice : Pierre Guillemé
• Direction : Olivier Durand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique - Optoélectronique
• Date : Soutenance le 08/12/2016
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : Comue : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON
• Jury : Président / Présidente : Marc Vallet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Durand, Marc Vallet, Cojocaru Crina, Philippe Boucaud, Lorenzo Pavesi, Giuseppe Leo, Yoan Léger, Yannick Dumeige
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cojocaru Crina, Philippe Boucaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photonique

Génération de second harmonique

Optique non linéaire

Microcavités

Mots clés libres

Microdiques

Domaine d'antiphase

Photonique sur silicium

Phosphure de gallium

Accord de phase modal

Nonlinear optics

Second harmonic generation

Résumé

Cette thèse a pour but de déterminer les meilleures conditions possibles pour réaliser une génération de seconde harmonique (SHG) à partir d'un fondamental dans la bande C télécom (autour de 1.55 JJm) dans des microdisques de phosphure de gallium intégrés sur silicium. Il s'inscrit dans les efforts actuels de développement de circuits photoniques intégrés en étudiant une proposition technique pour tirer parti des effets non linéaires en optique. A partir d'une résolution approchée de l'équation de propagation des ondes électromagnétiques comportant un terme source d'origine non linéaire, il a permis d'aboutir à deux "cartes" indiquant, pour l'une, les conditions nécessaires à la SHG, pour l'autre, l'efficacité théorique attendue suivant les paramètres retenus. S'appuyant sur l'expertise du laboratoire Folon en matière d'intégration monolithique de GaP sur Si, une étude de l'influence sur la SHG de certains défauts de cristallisation a été menée et a conduit à la proposition de deux nouvelles techniques d'accord de phase dans les disques de GaP épitaxiés sur Si. D'un point de vue expérimental, ce travail de thèse a permis, d'une part, de doter le laboratoire d'un banc de fabrication de fibres effilées (tapers) et fibres effilées gaufrées (dimpled tapers) et, d'autre part, d'un banc de caractérisation optique des microdisques adapté à l'étude de la SHG.

The goal of this thesis is to determine the best conditions to manage the second harmonic generation (SHG) from afundamental in the telecom C-band (around 1.55 (Jm) in gallium phosphide microdisks integrated on silicon. Findingtechnical solutions to take advantage of the non linear effects in these devices is a contribution to the actual efforts madeto develop integrated photonics circuits.In this work, the approximate resolution of the electromagnetic wave propagation equation completed by a nonlinearsource led to two "charts" indicating, for one, the necessary conditions for SHG, and for the other, the conversionefficiency theoretically allowed according to the chosen parameters. Thanks to the Foton laboratory expertise inmonolithical integration of GaP on Si, the influence on the SHG of specific structural defects was studied. This has led tothe proposal of two new phase matching techniques in GaP/Si microdisks.From an experimental point of view, this work led to the fabrication of two setups, the fi rst one, to make tapered opticalfibres and dimpled tapers, the second one, to make optical characterizations of microdisks and to study SHG in these systems.