Three-wave mixing in semiconductor whispering gallery mode microcavities
Mélange à trois ondes dans des microcavités semiconductrices à modes de galerie
Résumé
Semiconductor whispering-gallery-mode (WGM) microresonators have already gained a prominent place in today's photonics, as an ideal environment for highly enhanced light-matter interactions like nonlinear wave mixing and optomechanics. These optical cavities can store optical energy on a sub-µm3 volume, by trapping light via total internai reflection. The interest drawn by WGM microcavities originates from their high quality factors and promise of applications for fundamental science and engineering purposes. Thanks to their versatility and high performances, they can be integrated on a photonic chip and involved in a wide set of applications, such as quantum-dot lasers, optomechanics, nanosensing, or quantum optics. This doctoral work deals with the study of three wave mixing processes in two different frameworks. First, I show the development made to fabricate some original micro-resonators that have enabled us to observe second harmonic generation around 775 nm, with a pump wavelength around 1550 nm. The obtained nonlinear efficiency is comparable to the state-of-the-art devices in the III-V platform. The second part of the experiments finds its place within the European project TREASURE. The main goal is the demonstration of an electrically pumped, CW THz emitter, based on difference frequency generation at room temperature. I present the measurements in the near-IR and THz regions performed to compare our results and simulations.
Les micro-résonateurs semiconducteurs à modes de galerie (WGM) ont acquis une place très importante dans la photonique actuelle, en tant qu'environnement idéal pour des interactions lumière-matière amplifiées comme les processus de conversion de fréquence. Ces cavités optiques permettent d'emmagasiner l'énergie électromagnétique dans un volume sub-µ3, en y piègent les rayons optiques par réflexion totale interne. L'intérêt vers les microcavités WGM trouve son origine dans les facteurs de qualité très élevés et dans la promesse d'applications dans la recherche fondamentale ainsi que dans l'ingénierie. Grâce à leurs hautes performances, elles peuvent être intégrées sur une puce photonique et trouver nombreuses applications dans les lasers à boîtes quantiques, dans l'optomécanique, dans la détection ou encore dans l'optique quantique. Ce travail de thèse a porté sur l'étude du mélange à trois ondes dans le cadre de deux projets différents. Dans un premier temps je présente les développements effectués afin de fabriquer des micro-résonateurs originaux nous ayant permis d'observer la génération de second harmonique autour de 775 nm, avec une longueur d'onde de pompe autour de 1550 nm L'efficacité non-linéaire obtenue est comparable avec les dispositifs à l'état de l'art dans la plate-forme III-V. La deuxième partie des expériences s'inscrit dans le cadre du projet européer TREASURE. L'objectif est la démonstration d'un émetteur THz pompé électriquement, basé sur la différence de fréquence et opérationnel à température ambiante en continu. Je présente les caractérisations effectuées dans le proche-IR et dans le THz, afin de pouvoir comparer les résultats avec nos simulations.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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