Opo Gaas Bis
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- Words: 1,001
- Pages: 23
Optical parametric oscillation in quasiphase-matched GaAs E.L. Ginzton Laboratory, Stanford University, Stanford, California & Thalès Research & Technology, Orsay Article présenté par Camille Delezoide, Franck Morin et Mathieu Paurisse
10/15/08
1
Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
10/15/08
2
Oscillateur paramétrique
Principe : Pompe ωp
ωs Signal ωi Idler ωp
χ(2)eff
ωi ωp ωs
10/15/08
3
Amplification paramétrique
Principe : Pompe ωp
ωs Signal ωi Idler ωp
χ(2)eff
Accord de phase : ωi
p s i
r r r r r k k p ks ki 0
10/15/08
ωp ωs
4
Quasi-accord de phase
Accord de phase impossible dans le GaAs : - Le GaAs est optiquement isotrope pas de biréfringence - On ne peut pas compenser la dispersion par la biréfringence
r r k 0
10/15/08
5
Quasi-accord de phase
Accord de phase impossible dans le GaAs : - Le GaAs est optiquement isotrope pas de biréfringence - On ne peut pas compenser la dispersion par la biréfringence
r r k 0
Efficacité de conversion pour Δk ≠ 0 :
d sin kz / 2 Is n k / 2 2 eff 3
2
10 x plus grand que pour le PPLN 10/15/08
6
Quasi-accord de phase
r r r r ur k k p ks ki K 2 K 10/15/08
7
Accordabilité en longueur d’onde
n = n(ω,T) :
p s i
r r r r ur r k k p T ks T ki T K 0 On peut faire varier ωs et ωi en faisant varier la température du cristal
10/15/08
8
Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
10/15/08
9
Pourquoi un OPO en OP-GaAs?
• très grand coefficient non linéaire du second ordre :
d14 = 5.d 33 ( LiNbO3 ) = 94 pm / V @ 4 µm •accordabilité très large (2 - 17 µm)
• bonne conductivité thermique
• bonnes propriétés mécaniques
10/15/08
10
Description de l’OP-GaAs Mode de croissance : combinaison d’épitaxie par jet moléculaire et d’épitaxie hybride en phase vapeur (HVPE) La MBE ne permet pas la croissance en couche « épaisse » (limité à 10µm) HVPE : couche >0,5mm possible* Epitaxie en phase vapeur hybride car tous les réactifs ne sont pas gazeux (différent de MOVPE) : AsH3, HCl et Ga métallique OP-GaAs de 200µm d’épaisseur et de période 27µm * L. A. Eyres « All-epitaxially orientation-patterned semiconductors for non-linear optics frequency conversion » PhD. Dissertation, Stanford Univesity, 2001
10/15/08
11
Description de l’OPO en GaAs QPM period : 61,2µm Direction de propagation du faisceau
11 mm
0,5 mm
(110)
(001) 5 mm ( 1 10 )
10/15/08
12
Description de l’OPO en GaAs
11 mm
0,5 mm
(110)
(001) 5 mm
Traitement AR R < 2% pour λ = 1,5 – 3µm
( 1 10 )
10/15/08
13
Description de l’OPO en GaAs
Direction de propagation du faisceau
11 mm
0,5 mm
(110)
(001)
Pertes < 0,04cm-1 pour λ = 1,55 µm
5 mm ( 1 10 )
10/15/08
14
Description du dispositif expérimental
10/15/08
15
Description du dispositif expérimental
PPLN = LiNbO3
Pompe QPM period : 31µm QPM atteint par contrôle de la température (125°C – 160°C) 10/15/08
( λ1= 1,06µm)
Signal (λ2 = 1,8 2 µm) Idler (λ3 = 2,3 2,6 µm)
16
Description du dispositif expérimental
Système de 3 miroirs forme une cavité résonante pour le signal et laisse passer la pompe et le complémentaire Lame de Si utilisée comme filtre intracavité pour diminuer la largeur spectrale du signal émis par l’OPO PPLN de 150cm-1 à 5cm-1. Nécessaire pour le pompage de l’OP-GaAs car acceptance de 6cm-1. 10/15/08
17
Description du dispositif expérimental Réfléchissant pour tous les faisceaux
Réfléchissant pour le signal
Pompe Le gain le plus élevé et le seuil le plus bas sont obtenus dans une configuration à deux passages 10/15/08
( λ1= 1,8 2µm)
Signal (λ2 = 2,28 – 3,08 µm) Idler (λ3 = 5,78 – 9,14 µm) 18
Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
10/15/08
19
Accordage de l’OPO (GaAs) par λp
•
Courbe théorique obtenue à une température donnée grâce aux données de dispersion du GaAs • Excellent accord entre théorie et expérience : bon contrôle en longueur d’onde de l’idler et du signal • Possibilité d’obtenir une source accordable de 1,8 à 17 µm en continu (pas de sauts)
10/15/08
20
Accordage de l’OPO (GaAs) par T
Pour λp fixée, on peut également accorder la source en modifiant la température du matériau • Excellent accord entre la théorie et l’expérience • Cependant : diminution de la puissance du signal quand T augmente •
10/15/08
21
Comparaison des différentes configurations
• Le double passage dans le matériau permet d’obtenir un seuil plus faible et une meilleure efficacité • La configuration B est optimale en terme de facteur de mérite, mais ne peut être obtenue que s’il y a un seul passage • On observe une baisse d’efficacité au-delà de 60 µJ qui semble être due au premier OPO 10/15/08
22
En conclusion...
OPO à très large accordabilité, possiblement entre 2 et 17 µm (démontrée de 2,28 à 9,14 µm) • La grande conductivité thermique du GaAs peut permettre un accordage rapide par la température • Très faible puissance de pompe seuil, pouvant encore être améliorée par : . optimisation de la cavité . Augmentation de la taille du cristal de GaAs • Offre des possibilités de pompage par des sources lasers non polarisées, tels que les lasers à fibre •
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1
Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
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2
Oscillateur paramétrique
Principe : Pompe ωp
ωs Signal ωi Idler ωp
χ(2)eff
ωi ωp ωs
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Amplification paramétrique
Principe : Pompe ωp
ωs Signal ωi Idler ωp
χ(2)eff
Accord de phase : ωi
p s i
r r r r r k k p ks ki 0
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ωp ωs
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Quasi-accord de phase
Accord de phase impossible dans le GaAs : - Le GaAs est optiquement isotrope pas de biréfringence - On ne peut pas compenser la dispersion par la biréfringence
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Quasi-accord de phase
Accord de phase impossible dans le GaAs : - Le GaAs est optiquement isotrope pas de biréfringence - On ne peut pas compenser la dispersion par la biréfringence
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Efficacité de conversion pour Δk ≠ 0 :
d sin kz / 2 Is n k / 2 2 eff 3
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10 x plus grand que pour le PPLN 10/15/08
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Quasi-accord de phase
r r r r ur k k p ks ki K 2 K 10/15/08
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Accordabilité en longueur d’onde
n = n(ω,T) :
p s i
r r r r ur r k k p T ks T ki T K 0 On peut faire varier ωs et ωi en faisant varier la température du cristal
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Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
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Pourquoi un OPO en OP-GaAs?
• très grand coefficient non linéaire du second ordre :
d14 = 5.d 33 ( LiNbO3 ) = 94 pm / V @ 4 µm •accordabilité très large (2 - 17 µm)
• bonne conductivité thermique
• bonnes propriétés mécaniques
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Description de l’OP-GaAs Mode de croissance : combinaison d’épitaxie par jet moléculaire et d’épitaxie hybride en phase vapeur (HVPE) La MBE ne permet pas la croissance en couche « épaisse » (limité à 10µm) HVPE : couche >0,5mm possible* Epitaxie en phase vapeur hybride car tous les réactifs ne sont pas gazeux (différent de MOVPE) : AsH3, HCl et Ga métallique OP-GaAs de 200µm d’épaisseur et de période 27µm * L. A. Eyres « All-epitaxially orientation-patterned semiconductors for non-linear optics frequency conversion » PhD. Dissertation, Stanford Univesity, 2001
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Description de l’OPO en GaAs QPM period : 61,2µm Direction de propagation du faisceau
11 mm
0,5 mm
(110)
(001) 5 mm ( 1 10 )
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Description de l’OPO en GaAs
11 mm
0,5 mm
(110)
(001) 5 mm
Traitement AR R < 2% pour λ = 1,5 – 3µm
( 1 10 )
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Description de l’OPO en GaAs
Direction de propagation du faisceau
11 mm
0,5 mm
(110)
(001)
Pertes < 0,04cm-1 pour λ = 1,55 µm
5 mm ( 1 10 )
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14
Description du dispositif expérimental
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Description du dispositif expérimental
PPLN = LiNbO3
Pompe QPM period : 31µm QPM atteint par contrôle de la température (125°C – 160°C) 10/15/08
( λ1= 1,06µm)
Signal (λ2 = 1,8 2 µm) Idler (λ3 = 2,3 2,6 µm)
16
Description du dispositif expérimental
Système de 3 miroirs forme une cavité résonante pour le signal et laisse passer la pompe et le complémentaire Lame de Si utilisée comme filtre intracavité pour diminuer la largeur spectrale du signal émis par l’OPO PPLN de 150cm-1 à 5cm-1. Nécessaire pour le pompage de l’OP-GaAs car acceptance de 6cm-1. 10/15/08
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Description du dispositif expérimental Réfléchissant pour tous les faisceaux
Réfléchissant pour le signal
Pompe Le gain le plus élevé et le seuil le plus bas sont obtenus dans une configuration à deux passages 10/15/08
( λ1= 1,8 2µm)
Signal (λ2 = 2,28 – 3,08 µm) Idler (λ3 = 5,78 – 9,14 µm) 18
Plan de l’exposé
• Rappels sur l’oscillateur paramétrique optique et le quasi-accord de phase • Présentation de l’expérience décrite dans l’article • Présentation des résultats obtenus
10/15/08
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Accordage de l’OPO (GaAs) par λp
•
Courbe théorique obtenue à une température donnée grâce aux données de dispersion du GaAs • Excellent accord entre théorie et expérience : bon contrôle en longueur d’onde de l’idler et du signal • Possibilité d’obtenir une source accordable de 1,8 à 17 µm en continu (pas de sauts)
10/15/08
20
Accordage de l’OPO (GaAs) par T
Pour λp fixée, on peut également accorder la source en modifiant la température du matériau • Excellent accord entre la théorie et l’expérience • Cependant : diminution de la puissance du signal quand T augmente •
10/15/08
21
Comparaison des différentes configurations
• Le double passage dans le matériau permet d’obtenir un seuil plus faible et une meilleure efficacité • La configuration B est optimale en terme de facteur de mérite, mais ne peut être obtenue que s’il y a un seul passage • On observe une baisse d’efficacité au-delà de 60 µJ qui semble être due au premier OPO 10/15/08
22
En conclusion...
OPO à très large accordabilité, possiblement entre 2 et 17 µm (démontrée de 2,28 à 9,14 µm) • La grande conductivité thermique du GaAs peut permettre un accordage rapide par la température • Très faible puissance de pompe seuil, pouvant encore être améliorée par : . optimisation de la cavité . Augmentation de la taille du cristal de GaAs • Offre des possibilités de pompage par des sources lasers non polarisées, tels que les lasers à fibre •
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