Etude de guides d'ondes en AlGaAs pour la conversion de fréquence optique

Ce travail concerne des guides d'ondes pour la conversion de fréquence par accord de phase biréfringent. Tels guides d'ondes, basés sur un noyau multicouche de GaAs/AlAs dont on peut augmenter la biréfringence de forme par oxydation de l'AlAs, ont été traités selon trois aspects. Le premier consiste à croiser systématiquement plusieurs techniques de caractérisation, pour extraire les indices effectifs, les biréfringences modales, les épaisseurs du multicouche, et les indices de réfraction des matériaux. Les indices effectifs ont été évalués avec une incertitude de +-5x1O-4, par une technique de couplage par réseaux. Toutes les biréfringences modales ont été simultanément déterminées par la génération de seconde harmonique à émission surfacique, avec une incertitude meilleure que +-10-3. Les épaisseurs moyennes des couches de guide d'ondes ont été évaluées par la réflectométrie de rayons X, avec une incertitude de +-0.05 nm, et leurs indices de réfraction ont été déduits avec des incertitudes pouvant aller jusqu'à +-8x10-4. Le deuxième aspect concerne la conception de guides d'ondes avec une large bande d'accord de phase. Dans le cas de la génération de différence de fréquence à ~ 5 mM, cet élargissement est poursuivi dans des guides d'ondes soit actifs soit passifs, par deux techniques différentes. La première, basée sur l'exploitation du gain laser dans des guides d'ondes en AlGaAs, amène à un élargissement par un facteur 30. Avec l'autre technique on ajuste spectralement les courbes de dispersion des modes guidés, en prédisant un élargissement d'un facteur 3 de la bande d'accord de phase. Le troisième aspect concerne la démonstration expérimentale de la fluorescence paramétrique à ~ 2 mM dans des guides d'ondes oxydés en AlGaAs/AlAs. Ces résultats préliminaires ont préparé le terrain pour des accomplissements plus récents (fluorescence paramétrique avec un coefficient de gain g ~ O.4 cm-1). Ce travail est une contribution vers la réalisation d'un oscillateur paramétrique optique intégré en AlGaAs.The subject of this work is the study of waveguides for frequency conversion through birefringent phase matching. Such waveguides are based on a multilayer GaAs/AlAs core, the form birefringence of which is possibly augmented by AlAs selective oxidation. Three approaches are followed. The first one consists in systematically crossing several characterization techniques, for extracting waveguide effective indices, modal birefringences, multilayer thicknesses, and material refractive indices. Effective indices were evaluated with an experimental accuracy of +-5x1O-4, through a grating-assisted technique. All the modal birefringences were simultaneously determined through surface-emitting second harmonic generation, with an accuracy better than +-10-3. The average thicknesses of the waveguide layers were evaluated through x-ray reflectometry with an accuracy of +-0.05 nm, and their refractive indices were inferred, with accuracies down to +-8x10-4. The second approach consists in the design of waveguides with a broad phase-matching bandwidth. In the case of frequency difference generation at ~ 5 mM, such broadening is pursued both in active and passive waveguides, through two different techniques. The former technique, based on the exploitation of laser gain in AlGaAs waveguides, leads to a factor-30 bandwidth enhancement. The latter, based on the detailed spectral tayloring of the modal dispersion curves, predicts a factor-3 broadening. The third approach consists in the experimental demonstration of parametric fluorescence at ~ 2 mM in oxidized AlGaAs/AlAs waveguides. These preliminary results have paved the way for more recent achievements (parametric fluorescence with gain coefficient g ~ 0.4 cm-1). This work is a contribution towards an AlGaAs integrated optical parametric oscillator.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF