Conversion de fréquences avec un LCQ

Depuis l'émergence des LCQ en 1994, les propriétés non linéaires de ceux- ci ont été étudiées, notamment la possibilité de réaliser des dispositifs capables d'émettre à des longueurs d'onde dicile d'accès. Les premiers travaux dans ce domaine ont été réalisés dans des LCQ moyen-IR optimisés pour avoir des non- linéarités intersousbandes permettant la génération de seconde harmonique ou la génération de la somme de deux fréquences pour générer des ondes quasi proche- IR [Owschimikow 2003]. Plus récemment, le processus réciproque a été utilisé an de générer une onde dans la gamme THz toujours par le biais d'un LCQ moyen-IR [Belkin 2007]. Ces études (parmi d'autres) montrent l'intérêt d'utiliser un LCQ pour l'optique non-linéaire. Cependant, ces travaux ne concernent que le mélange d'ondes moyen-IR et implique uniquement des transitions intersousbandes. Peu de travaux considèrent une interaction non-linéaire entre la fréquence d'émission du LCQ et une onde proche-IR, alors que ce dispositif est compact et peut permettre d'obtenir des susceptibilités élevées. Dans la suite nous présentons les seuls travaux associant un LCQ pour obtenir un mélange d'onde entre un faisceau proche-IR et la fréquence d'émission du LCQ.

5.2.2.1 Interaction interbande résonante avec un LCQ moyen infrarouge Dans cet article, un LCQ émettant dans le moyen-IR (λ ∼ 9 µm) est utilisé pour la première fois pour réaliser un mélange d'onde entre une pompe proche- IR et l'émission du LCQ s'appuyant sur une non-linéarité résonante interbande [Zervos 2006], et plus particulièrement la génération de la somme des fréquences. Pour parvenir à eectuer ce mélange, un LCQ dont le contact supérieur métallique est gravé est utilisé pour le couplage du faisceau proche-IR. Celui-ci est accordé avec la bande interdite de la structure illumine la partie gravée du ruban laser sous un certain angle. La génération de la somme entre la fréquence du faisceau proche-IR et la fréquence du LCQ moyen-IR est collectée en sortie de la partie gravé en ré- exion. Pour optimiser le système, la croissance du LCQ a été réalisée au dessus

5.2. Etat de l'art 125

Figure 5.8  (a)Schéma du dispositif de mélange de fréquences : un LCQ, dont la croissance est réalisée sur un réseau de Bragg, a son contact supérieur gravé pour permettre le couplage du faisceau proche-IR. L'onde générée est collectée en réexion (b)Spectres avec LCQ allumé et éteint. c Diagramme représentant la conguration du mélange d'onde avec les états dans la structure et les résonances impliquées. Figures issues de [Zervos 2006].

d'un réecteur de Bragg distribué permettant de rééchir ecacement le rayonne- ment proche-IR. La gure 5.8 présente la géométrie de l'expérience, le dispositif expérimental, le spectre mesuré et la conguration liée à la résonance observée. L'eet de résonance, dans ce cas, implique une résonance de la pompe proche-IR avec la transition |HH1> → |E1> et une génération de la somme résonante avec la transition |HH1> → |E3>, l'onde générée par le LCQ étant elle-même résonante avec la transition intersousbande |E2> → |E3>.

Dans ce travail, seule la génération de la somme est observée et est très absorbée, car générée au-delà du gap. L'ecacité de conversion est estimé par les auteurs à environ 10−4_-10−3 _%.

Figure 5.9  (a)Un faisceau proche-IR à la fréquence ωtelecom est couplé dans un

LCQ THz émettant à ΩT Hz. L'interaction de ces ondes avec le milieu génère des

raies à ωraies= ωtelecom± ΩT Hz.(b)Spectre pour la génération à 1.56 µm montrant

la génération des raies séparées du fondamental par la fréquence du LCQ. Figures issues de [Dhillon 2007].

5.2.2.2 Conversion de fréquences aux longueurs d'onde télécoms avec un LCQ THz

L'autre étude qui concerne le mélange d'onde entre une pompe proche-IR et l'émission propre d'un LCQ, est sur le principe, diérente des études précédentes, car elle fait intervenir une non-linéarité du GaAs massif. Cette étude ne se place donc pas dans le cadre d'une non-linéarité résonante, mais présente un intérêt en ce qui concerne la géométrie utilisée pour l'interaction non-linéaire. Puis, pour la première fois, dans ce type d 'étude, les questions d'accord de phase sont abordées. Cette étude a été réalisée par Dhillon et al. en 2007 [Dhillon 2007]. Un LCQ THz est utilisé comme source de rayonnement. Le mélange réalisé est la génération de la diérence et de la somme des fréquences entre une faisceau télécom (λ=1.3 -1.6 µm) et la fréquence d'émission du LCQ THz. Un point important à souligner dans cet article est que l'interaction est accordée en phase pour ces fréquences grâce à la dispersion de l'indice induite par les phonons optiques dans le matériau. Le faisceau télécom est injecté par l'une des facettes du LCQ dans une géométrie colinéaire pour la propagation. Pour guider l'onde proche-IR dans cette géométrie, une couche de GaAs peu dopée est insérée lors de la croissance au sein de la région active. Cette couche constitue également le milieu non-linéaire. La gure 5.9 présente la géométrie de cette expérience et un spectre mettant en évidence la génération de la somme et de la diérence de fréquences entre la pompe proche-IR et la fréquence d'émission du LCQ.

Dans cet article, les auteurs mesurent une ecacité de conversion de l'ordre de 10−3 _{% ce qui semble faible, mais reste important compte tenu que l'interaction}

5.2. Etat de l'art 127

Figure 5.10  Schéma du principe du mélange d'ondes avec un LCQ dans une géométrie colinéaire.

non-linéaire est liée au GaAs massif (χ(2) _{∼ 100 pm/V) , donc plus faible qu'une}

interaction résonante dans des puits quantique par exemple (en général de l'ordre de 104_-105 _pm/V).