Cristaux Photoniques nonlinéaires

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1 Cristaux Photoniques nonlinéaires
Jonathan Masson

2 Introduction Effets nonlinéaires
Génération d’harmoniques Automodulation de phase Effet Kerr Mélange à quatre ondes Soliton … Contrôle sur la bande interdite des CP pour accorder les propriétés optiques Cristaux liquides Effets thermiques Injections de porteur dans semiconducteurs Utiliser les effets optiques nonlinéaires

3 Plan Effets non linéaires Génération d’harmoniques
Polarisation Effet Kerr Processus paramétriques Génération d’harmoniques Interrupteur optique Isolateur Silicium macro poreux Lumière lente Génération de super continuum Conclusion

4 Effets optiques non linéaires
Polarisation Effet Kerr Modulation de l’indice de réfraction dû à l’intensité du champ électrique dans un matériau

5 Processus paramétriques
Somme et différence de fréquences (2e ordre) Conservation de l’énergie et de la quantité de mouvement Accord de phase, parfait ou non

6 Génération second harmonique
Amplitude des faisceaux dans le matériau Accord de phase = 0 Sans accord de phase = 0 Quasi accord de phase

7 Cristal (2) 2D Matrice de matériaux +(2) et -(2), mais dont (1) est le même Pas de bande interdite Rappel le cas 1D du quasi accord de phase Berger et. al., Phys. Rev. Lett. 1998 Broderick et. al. Phys. Rev. Lett. 2000

8 Cristal (2) 2D Accorde de phase dans plusieurs directions, non limité à une dimension √3 fois plus efficace comme conversion Génération du 2e, 3e et 4e harmoniques simultanées avec beaucoup d’efficacité de conversion.

9 Interrupteur Matériau périodique 1D avec un matériau Kerr
2 premières bandes pour un faisceau pompe 3e bande pour faisceau signal Pour GaAs, pompe à 2 kW/cm2 pompe signal 1.55 um Huttunen et. al., Journal of Applied Physics, 2002

10 Interrupteur Piliers index 3.5 dans un matériau d’indice 1.5
Piliers en matériau Kerr Simulations FDTD Signal d’entrée pas à la résonance Modulation de la résonance par l’effet Kerr Soljacic et. al. Phys. Rev. E, 2002

11 Isolateur optique 100% de transmission
Aucune réflexion – important pour intégration avec autres dispositifs. Pilier de haut indice et en matérau Kerr 2 guides d’onde et 2 cavités high-Q Fréquence de résonance des cavités dépend de l’intensité du signal Opération du système à autre fréquence que la résonance Signal à transmettre haute puissance Effet Kerr, change res Signal isolé basse puissance Élément de base pour fabriquer un transistor Soljacic et. al., Opt. Lett., 2003

12 Silicium macro poreux Pompe haute intensité
Effets non linéaires générés: Two photon absorption – génération de porteurs Effet Kerr Temps réponse < picoseconde

13 Silicium macro poreux Pompe moyenne intensité : L’effet Kerr introduit un « red shift » Intensité de la pompe 17.6 GW/cm2 Changement de fréquence de résonance de l’ordre de 1% Pompe haute intensité : « two photon absorption » introduit un « blue shift » par l’injection de porteurs Kitzerow et. al., Advances in Optical technologies, 2008

14 Lumière lente Compression du pulse dans le matériau à grand indice
Augmentation de la densité de puissance Augmentation des effets nonlinéaires Diminution de la puissance requise Krauss, Nat. Photon., 2008

15 Supercontinuum Fibre optique à cristaux photoniques
Supporte haute densité de puissance Grande dispersion Interaction non linéaire forte et sur une longue distance Monomode sur une grande plage dû à la grande bande interdite

16 Supercontinuum Pulse 100 fs à 790 nm, 800 pJ Spectre large de 1200 nm
Effets nonlinéaires Diffusion Raman Auto modulation de phase Randa et. al., Optics Letters, 2000

17 Conclusions Autres effets Encore au stade de développement
Mode localisé Solitons Encore au stade de développement Prometteur pour dispositifs à venir