OSCILLATEUR PARAMETRIQUE OPTIQUE EN GUIDES D`ONDES

OSCILLATEUR PARAMETRIQUE OPTIQUE EN GUIDES D’ONDES
AlGaAs/AlOx
Cécile OZANAM (DON)
Un oscillateur paramétrique optique (OPO), source de lumière cohérente largement
accordable, est basé sur la mise en cavité d’effets d’optique non linéaire d’ordre 2. Un demisiècle après la première démonstration de ce dispositif par Giordmaine et Miller [1], sa version
sur puce et pompée électriquement n’existe pas encore. Dans cette optique, les propriétés
optiques et électriques du GaAs, couplées à sa maturité technologique en font un matériau
prometteur. À partir de ce matériau, nous avons donc fabriqué un OPO en guide d’onde
émettant autour de 2 µm, qui représente la première étape importante vers l’OPO pompé
électriquement [2].
L’absence de biréfringence naturelle du GaAs représentant un obstacle pour la réalisation de
la condition d’accord de phase nécessaire à l’efficacité de l’interaction non linéaire, nous avons
inséré dans le cœur en GaAs de notre guide d’onde de fines couches d’oxyde d’aluminium
(AlOx) de faible indice afin d’obtenir un matériau biréfringent à l’échelle de l’onde [3], et ainsi
pouvoir satisfaire une condition d’accord de phase de type I entre une pompe polarisée TM à
1064 nm et des ondes signal et complémentaires TE avec une dégénérescence à 2128 nm.
La caractérisation optique de ces guides d’ondes permet de mesurer des pertes de
propagation des modes fondamentaux inférieures à 1 cm-1 à s,c, et autour de 2 cm-1 à p [4].
Ces guides d’ondes ont ensuite été placés dans une cavité symétrique doublement résonante
à s et c dont les miroirs de Bragg sont formés par un empilement de couches de SiO 2/TiO2
ajouté par dépôt assisté par ions (IAD) sur les facettes du guide (cf. figure). Dans les guides
d’ondes présentant les meilleurs miroirs, nous avons pu observer l’oscillation paramétrique
avec un seuil d’oscillation atteint pour une puissance de pompe de 210 mW (mesurée à
l’intérieur du guide). Cependant, la puissance maximale que l’on peut injecter dans le guide
d’onde est limitée à 230 mW, sous peine de dommages thermiques irréversibles.
Nous avons donc cherché à diminuer le seuil d’oscillation en travaillant à la fois sur le niveau
des pertes dans la cavité, introduites principalement par l’étape d’oxydation, et sur le schéma
de cavité optique. L’implémentation d’une cavité asymétrique avec double passage de la
pompe dans le guide [5] nous a ainsi permis d’abaisser le seuil d’oscillation sous la barre des
200 mW d’après les premiers résultats obtenus.
1 µm
Vue au microscope électronique à balayage d’un guide d’onde (Al)GaAs/AlOx avec un miroir de Bragg SiO2/TiO2 déposé sur la
facette.
[1] J. Giordmaine and R. Miller, Phys. Rev. Lett. 14, 973–976 (1965).
[2] M. Savanier, et al., Appl. Phys. Lett. 103, 261105 (2013).
[3] A. Fiore, et al., Nature 391, 463–466 (1998).
[4] C. Ozanam et al., J. Opt. Soc. Am. B 31, 542-550 (2014).
[5] J. E. Bjorkholm, et al., IEEE J. Quantum Electron. 6, 797–799 (1970).