Nouveaux scenarii de quasi-accord de phase dans les semiconducteurs isotropes

• Auteur / Autrice : Riad Haïdar
• Direction : Claude Fabre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris 11

Mots clés

Mots clés libres

Optique non-linéaire

Différence de fréquences

Infrarouge

Réflexion interne totale

Résumé

Les sources émettant dans la région du moyen infrarouge revêtent un grand intérêt environnemental et écologique. Les semiconducteurs de la branche électronique, tels que le séléniure de zinc ou l'arseniure de gallium, sont d'excellents candidats pour la conversion d'un rayonnement optique du proche vers le moyen infrarouge. Ces matériaux sont cependant isotropes, et seule la technique du quasi-accord de phase permet de réaliser une conversion efficace. Ce travail concerne le quasi-accord de phase par réflexion. Lés conditions d'accord de phase sont obtenues par biréfringence de Fresnel en réflexion interne totale. Il est montré que cette technique est analogue dans son principe à celle de l'accord de phase par biréfringence naturelle: on parle donc d'accord de phase de Fresnel. Deux situations schématiques sont analysées. La première est celle du quasi-accord de phase résonnant classique: le modèle théorique que nous avons développé prédit correctement les observations expérimentales. La seconde est une particularité de l'accord de Fresnel: il s'agit du quasi-accord de phase non résonnant, qui permet d'alléger considérablement les conditions d'accord de phase et autorise une grande accordabilité spectrale. L'influence de facteurs limitants est également quantifiée. Ainsi, le décalage de Goos-Hänchen rappelle, par ses effets, le walk-off classique. Ceci limite en fait les dimensions de la plaque. Cependant, le facteur le plus sévèrement limitant s'avère être la rugosité de surface: en effet, ce paramètre suffit seul à quantifier l'efficacité de toute la structure. Des calculs du seuil d'oscillation paramétrique optique sont développés sur la base de la formule de Brosnan et Byer. La fluorescence paramétrique a été observée dans une plaque en accord de Fresnel. Les premières estimations du seuil d'oscillation sont prometteuses.

Mid-infrared tunable sources are becoming of considerable interest for applications in environmental monitoring. Semiconductors of the technological mainstream (such as gallium arsenide or zinc selenide) are excellent candidates for optical conversion of near-infrared waves into the mid-infrared range. However, these materials are isotropic, so that quasiphase-matching scenarios are needed to get an efficient conversion. Reflection quasiphase-matching techniques are studied here. We make use of the Fresnel birefringence at total internal reflection to reach the phase-matching conditions in a plane parallel plate. It is shown that this technique is very similar in its principle to the natural birefringence phase-matching : we thus call it Fresnel phase-matching. Two schematic situations are explored. First, a model of classical resonant quasi-phase matching scenario is presented; the agreement between theoretical predictions and experimental results is convincing. Second, the Fresnel birefringence allows a new non-resonant quasiphase-matching scenario: this appears to greatly alleviates the phase-matching conditions and provides a high tenability. The impact of restricting factors is also quantified. So, the Goos-Hänchen shift is similar, in terms of conversion yield, to the classical walk-off. This actually limits the dimensions of the plate. However, the most inhibiting parameter appears to be the surface roughness : indeed, this sole factor is enough to determine the conversion efficiency of the whole structure. Optical parametric oscillation threshold calculations based on the Brosnan and Byer formula are finally presented. Parametric fluorescence is measured in a Fresnel phase-matched plate. The first estimations of the oscillation threshold are promising.