Nonlinear integrated photonic devices based on gallium phosphide - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Nonlinear integrated photonic devices based on gallium phosphide

Dispositifs photoniques intégrés à base de phosphure de gallium pour l'optique non-linéaire

Résumé

The objective of this thesis is to investigate different aspects of nonlinear integrated devices based on GaP material, focusing on two processes: the use of GaP microdisks to perform second harmonic generation in the near infrared regime using whispering galley modes and the use of IR waves to produce THz using difference frequency generation. First, we study the vertical evanescent coupling process to a GaP microdisk to address its impact on the efficiency of the nonlinear device and demonstrate the importance of propagation constant mismatched couplers to properly design fully encapsulated devices. We also demonstrate that the origin of the specific phase matching selection rules in circular microresonators is due to the Berry phase experienced by the transverse spin angular momentum components of the WGMs into azimuthal momentum. To fabricate the designed schemes, we investigated the technological challenges of the process flow for the fabrication of these GaP-based photonic circuits, focusing on three processes: bonding, lithography, and encapsulation. Finally, we propose a novel approach for integrated THz generation in the Reststrahlen band. Using surface phonon polariton modes to guide THz waves and showing how an unusual crystal alignment is suited for this configuration we estimate efficiencies about the state-of-the-art level.
L'objectif de cette thèse est d'étudier les différents aspects de dispositifs intégrés nonlinéaires basés sur le phosphure de gallium, en se concentrant sur deux processus : l'utilisation des microdisques de GaP pour effectuer la génération de seconde harmonique dans le régime de l'infrarouge proche en utilisant les modes de galerie et l'utilisation des ondes IR pour produire des ondes THz en utilisant la génération de différence de fréquences. Tout d'abord, nous étudions le processus de couplage évanescent vertical à un microdisque de GaP afin d'étudier son impact sur l'efficacité du dispositif non linéaire et de démontrer l'importance des coupleurs avec désaccord de constante de propagation pour concevoir des dispositifs entièrement encapsulés. Nous démontrons également que l'origine des règles de sélection spécifiques de l'accord de phase dans les microrésonateurs circulaires proviennent de la conversion d’une phase de Berry de certaines composantes de polarisations des modes de galerie en moment azimutal. Pour fabriquer ce type d’architecture photonique, nous avons étudié les verrous technologiques pour la fabrication de ces circuits photoniques à base de GaP. Nous nous sommes concentrés sur trois processus : le collage, la lithographie et l'encapsulation. Finalement, nous proposons une nouvelle approche pour la génération intégrée de THz dans la Reststrahlen band. En utilisant les modes de phonons polaritons de surface pour guider les ondes THz et en montrant comment un alignement inhabituel des cristaux est adapté à cette configuration, nous estimons des efficacités de conversion à l'état de l'art.
Fichier principal
Vignette du fichier
2021ISAR0002_LORENZO_RUIZ_Alejandro_TheseDEF.pdf (49.27 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03279201 , version 1 (06-07-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03279201 , version 1

Citer

Alejandro Lorenzo-Ruiz. Nonlinear integrated photonic devices based on gallium phosphide. Optics / Photonic. INSA de Rennes, 2021. English. ⟨NNT : 2021ISAR0002⟩. ⟨tel-03279201⟩
151 Consultations
21 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More