Guides d'onde non linéaires GaAs/AlOx pour la génération paramétrique

Nonlinear GaAs/AIOx waveguides for parametric down-conversion

• Auteur / Autrice : Marco Ravaro
• Direction : Giuseppe Leo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Champs, particules, matière
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amplificateurs paramétriques

Fluorescence

Ondes non linéaires

Semiconducteurs

Guides d'ondes

Résumé

Ce travail concerne des guides d'ondes semiconducteurs pour la génération et l'oscillation paramétrique. Dans de tels guides, la conversion de fréquence est accordée en phase grâce à un noyau multicouches biréfringent GaAs/AIOx. Cette technique a déjà permis la réalisation de plusieurs interactions optiques non linéaires et, à présent, l'objectif est la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré semiconducteur. Notre travail dans cette direction a porté principalement sur deux points. Le premier point est l'optimisation du processus de fabrication. Le principal inconvénient des guides d'onde GaAs/AIOx sont les larges pertes par diffusion provoquées par la rugosité de couches oxydées. Dans le but d'améliorer la transmission des guides, un nouveau schéma de fabrication et d'oxydation a été introduit, et les résultats obtenus ont été systématiquement vérifiés par des mesures de pertes. Le deuxième point est la caractérisation nonlinéaire des guides. Nous avons démontré la fluorescence paramétrique avec une accordabilité entre 1700 et 2700 nm. En plus de cela, nous avons exploité les interactions de génération de seconde harmonique et d'amplification paramétrique pour mesurer précisément le gain paramétrique. Les résultats obtenus sont très encourageants pour la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré. Sur la base de nos valeurs de pertes et de gain paramétrique nous estimons que la réflectivité des facettes requise pour atteindre le seuil d'oscillation est inférieure à 90%. Un premier essai de fabrication de miroir intégré à été effectué et du travail dans cette direction est actuellement en cours au sein du le laboratoire MPQ.

This work concerns semiconductor waveguides for parametric down-conversion and oscillation. In such waveguides frequency conversion is phase matched thanks to form birefringence in a GaAs/AIOx multilayer guiding core. This approach has already allowed to demonstrate several nonlinear interactions so far and, at present, the goal is the fabrication of a semiconductor integrated optical parametric oscillator. Our work has been mainly focused on two aspects. Firstly, optimization of processing. The main drawback of GaAs/AIOx waveguides are high propagation losses due to oxidized layer roughness. In order to improve waveguide transmission we have introduced a novel processing scheme, and the advancements achieved have been systematically checked by means of loss measurements. Secondly, waveguide nonlinear characterization. We have demonstrated parametric fluorescence with a tunability between 1700 and 2700 nm. Moreover, we have exploited frequency doubling and parametric amplification experiments to precisely measure the parametric gain. Our results are encouraging towards the fabrication of a semiconductor integrated parametric oscillator. On the basis of our values of losses and parametric gain, oscillation threshold is expected to be attainable with a 90% facet reflectivity. Our first integrated mirrors have been fabricated and at present the work in this direction is in progress at the MPQ laboratory