| Contribution to the study of the non-linear properties of chalcogenide glass waveguides and micro-resonators (Contribution à l’étude des propriétés non-linéaires des guides d’onde et des micro-résonateurs en verres de chalcogénures) Jebali, Nessim - (2021-07-12) / Universite de Rennes 1 Contribution to the study of the non-linear properties of chalcogenide glass waveguides and micro-resonators
| |||
Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Dumeige, Yannick; Charrier, Joël Discipline : Photonique Laboratoire : FOTON Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Physique Mots-clés : optique intégrée, optique non linéaire, microcavités, verres de chalcogénures
| |||
Résumé : Les verres de chalcogénures ont des propriétés optiques très intéressantes qui permettent d'envisager une large gamme d'applications en photonique. En particulier, leurs forts indices non-linéaire peuvent être utilisés pour le traitement du signal tout optique dans le proche infrarouge. Par ailleurs, ces verres présentent des énergies de phonons réduites du fait des masses élevées de leurs constituants. Ils possèdent ainsi une large gamme de transparence dans le moyen infrarouge qui peut être mise à profit pour la détection de molécules dans ce domaine spectral. Cette thèse traite de l'étude et du développement des guides d'onde et des résonateurs optiques en anneau fabriqués en verres de chalcogénure permettant d'offrir des solutions basées sur l'optique non-linéaire pour le traitement tout-optique et les capteurs optiques. La dispersion optimisée afin d'obtenir une large accordabilité du mélange à quatre ondes et de réaliser un supercontinuum dans le proche et le moyen infrarouge a été étudiée dans des guides d'onde. Une approche qualitative sur les différents paramètres des résonateurs optiques couplés et des résonateurs simples a été menée respectivement dans le proche et moyen infrarouge. Une étude de la dynamique non-linéaire de micro-résonateurs a été ainsi menée à l'aide d'une méthode numérique d'intégration des équations de Maxwell et comparée ensuite à la théorie des modes couplés. Une expérience de mélange à quatre ondes a été réalisée sur un ensemble de guides d'onde en verres de chalcogénures. Une efficacité de conversion égale à -60 dB a été obtenue dans un guide rib de 3.8 cm de long et une accordabilité assez large, qui peut aller jusqu'à la bande L et S, a été aussi obtenue dans des guides ayant un fort contraste d'indice. Abstract : Chalcogenide glasses have raised tremendous attention in recent decades due to their unique optical properties, which make them promising candidate materials for the development of a wide range of photonic applications. In particular, all optical processing in near-infrared telecommunication window is taking advantage of their high optical nonlinearities. These glasses also exhibit low maximum phonon energies which yield broad transparency window from visible to mid-infrared wavelength ranges. Optical sensing platforms could therefore also benefit from the development of these materials. This thesis deals with the development and study of photonic structures made of chalcogenide glasses which can offer solutions based on nonlinear optics for all-optical processing and optical sensing. The dispersion optimized GeSbSe waveguides to obtain a large four-wave mixing (FWM) conversion bandwidth in the near-infrared or to achieve a supercontinuum in the near and mid-infrared regime was studied. A qualitative analysis on the different dimensions of coupled and single micro-resonators was carried out in the near- and mid-infrared regime, respectively. A study of nonlinear dynamical behaviours of a system of coupled microring resonators is carried out using the finite-difference time domain (FDTD) method which involves a full numerical integration of Maxwell’s equation. The obtained results were then compared to the coupled mode theories (CMTs). FWM experiments were also performed on a set of GeSbSe waveguides having different index contrasts, different waveguiding structures and different geometrical dimensions. A conversion efficiency of -60 dB was obtained in a 3.8-cm long GeSbSe rib waveguide and a large FWM bandwidth that can span the L and S bands was achieved in high contrast GeSbSe waveguides. | |||