PHOTO : Composants - Optique non-linéaire

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Vers la génération de peignes de fréquences sur puce

Les peignes de fréquences sont des sources optiques qui émettent un ensemble de fréquences équi-distantes et présentent de nombreuses applications dont la métrologie, la spectroscopie avancée, la synchronisation de réseaux de télécommunication, la génération de signaux micro-onde arbitraires, ou la calibration fine d'instruments.

Nos travaux visent à évaluer la faisabilité de réaliser de telles sources sur puce à semiconducteur. Le principe de génération considéré exploite l'effet Kerr à l'intérieur d'une cavité passive à modes de galerie excitée par un laser mono-fréquence. Cette activité couvre tant la conception de ce type de résonateurs, que leur fabrication monolithique en technologie GaAs/AlOx et leur caractérisation.

Parallèlement, ayant mis en place la fabrication de diodes laser ruban à cascade interbande (ICL) pour vérifier le bon fonctionnement des régions actives à exploiter dans les VCSEL émettant dans le mi-infrarouge pour le projet « Mi-micsel », une partie de nos travaux vont porter sur la démonstration de peignes de fréquences à ces longueurs d’onde. Pour cela, on cherchera, au sein du projet ANR « Active comb » et en collaboration avec l’ENS, l’IES et le C2N, à développer des ICL à plusieurs sections fonctionnant en régime de synchronisation de modes.

 

Résonateurs à modes de galerie (micro-disque) couplés verticalement à des guides d'accès, le tout défini par diaphragme d'AlOx.

 

Contrats associés

Contrat R & T CNES R-S13-LN-0001-025.

Projets

ANR « Active Comb » 2020-2023

Publications associées :
D. A. Diaz-Thomas, O. Stepanenko, M. Bahriz, S. Calvez, E. Tournié, A.N. Baranov, G. Almuneau, and L. Cerutti, “Interband Cascade Lasers with AlGaAsSb cladding layers emitting at 3.3 µm”, Opt Express. 27, 31425-31434, 2019.

C. Arlotti, G. Lafleur, A. Larrue, P.-F. Calmon, A; Arnoult, G. Almuneau, O. Gauthier-Lafaye, and S. Calvez, “Coupled-mode analysis of vertically-coupled AlGaAs/AlOx microdisk resonators”, IEEE J. Quantum Electronics 54, 6300308, 2018.

S. Calvez, G. Lafleur, A. Larrue, P.-F. Calmon, A. Arnoult, G. Almuneau and O. Gauthier-Lafaye, “Vertically-coupled microdisk resonators using AlGaAs/AlOx technology”, IEEE Photonics Technology Letters 27, 982-985, 2015.

 

Conversion non-linéaire de fréquences

La conversion non-linéaire de fréquences est une technique qui a notamment permis de diversifier les gammes d’émission laser accessibles par les lasers à gaz et les lasers à base de cristaux ou verres dopés et qui pourrait aussi s’avérer utile dans les systèmes intégrés sur puce (silicium). Dans ce cadre, nous menons des travaux sur l’apport de dispositifs nano-structurés pour l’implémentation de ces fonctions de conversion spectrale.
En particulier, les études sur les filtres nano-structurés ont fait émerger les CRIGFs, des composants intégrés de taille micrométrique favorables à l’implémentation de convertisseurs non-linéaires de fréquences car ils sont capables de stocker l’énergie (du fait de leur facteur de qualité, Q>1500) tout en maintenant une injection aisée des faisceaux laser d’excitation (de pompe/signal). Nos travaux visent ici à explorer les nouvelles possibilités offertes par ces dispositifs et, de manière plus générale, par les surfaces nano-structurées en AlGaAs ou en niobate de lithium sur isolant pour générer des signaux par mélanges non-linéaires à trois ondes (génération de seconde harmonique, oscillation paramétrique optique, différence ou somme de fréquences).  

Génération de seconde harmonique dans un CRIGF résonant à 1555 nm

 

Contrats associés

 ANR ASTRID « Reson » 2020-2023

Publications associées :
A.-L. Fehrembach, E. Popov, E. Hemsley, O. Gauthier-Lafaye, A. Monmayrant, and S. Calvez, “Cavity-resonator integrated bi-atom grating coupler for enhanced second-harmonic generation”, Optics Express, 30 (21), 38789-38803 (2022).
E. Popov, E. Hemsley, A.-L. Fehrembach, O. Gauthier-Lafaye, A. Monmayrant, and S. Calvez, “Extreme enhancement of the quality (Q)-factor and mode field intensity in cavity-resonator gratings”, Optics Express, 30 (14), 25390-25399 (2022).
A.-L. Fehrembach, F. Renaud, E. Popov, H. Tortel, A. Monmayrant, O. Gauthier-Lafaye, and S. Calvez, “Dark mode-in-the box for enhanced second-harmonic generation in corrugated waveguides”, Optics Express, 29 (25), 40981-40992 (2021).
F. Renaud, A. Monmayrant, S. Calvez, O. Gauthier-Lafaye, A.-L. Fehrembach and E. Popov,
“Second Harmonic Generation enhancement in Cavity Resonator Integrated Grating Filters”,
Optics Letters 44, 5198, 2019.