| Linear and nonlinear characterization of monolithically integrated GaP microdisks on Si and GaP substrates (Caractérisation linéaire et non linéaire de microdisques GaP monolithiquement intégrés sur substrats Si et GaP) Urothodi, Rasool Saleem - (2022-12-09) / Universite de Rennes 1 Linear and nonlinear characterization of monolithically integrated GaP microdisks on Si and GaP substrates
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Dumeige, Yannick; Léger, Yoan Discipline : Photonique Laboratoire : FOTON Ecole Doctorale : Matière, Molécules et Matériaux Classification : Physique Mots-clés : Microrésonateurs GaP, photonique intégrée III-V, photonique silicium, domaines antiphase, pertes GaP/Si, SHG
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Résumé : Cette thèse porte sur la caractérisation linéaire et non linéaire de microdisques de GaP intégrés sur substrats Si et GaP. Nos mesures de transmission optique dans les bandes SWIR et NIR démontrent que ces structures sont adaptées à l’étude de processus non-linéaires tel que la génération de seconde harmonique (SHG). L'analyse statistique des facteurs de qualité permet d’identifier diverses pertes optiques affectant les microdisques GaP/Si à polarité cristalline aléatoire. Si la contribution principale aux pertes optiques reste la rugosité latérale des disques, une contribution non-négligeable provient de l’absorption par les parois d’antiphases (APBs) générées dans le GaP lorsqu’il est épitaxié sur Si, limitant le facteur de qualité de ces dispositifs à quelques dizaines de milliers. Concernant les expériences d’optique non linéaire, un processus SHG basé sur un quasi-accord de phase strict est démontré pour la première fois, dans les microdisques GaP/GaP. Nous démontrons ainsi que, malgré les facteurs de qualités modestes de nos structures, l’optimisation des processus nonlinéaires dans les microdisques III-V est encore possible via la sélection rigoureuse du processus d’accord de phase. Dans le cas des des microdisques GaP/Si présentant un polarité cristalline aléatoire, la réponse non-linéaire montre un comportement prometteur d’up-conversion à haute puissance, même s’il est difficile à ce stade de confirmer le processus en jeu. Abstract : This thesis investigates the linear and nonlinear characterization of monolithically integrated suspended GaP microdisks on Si and GaP substrates. In the linear studies, transmission measurements in the SWIR and NIR bands found microdisks suitable for the second harmonic generation (SHG). The statistical analysis of quality factors measured in the SWIR band identifies various optical losses affecting GaP/Si microdisks with random crystal polarity. If the main loss contribution still remains sidewall roughness scattering, the absorption by antiphase boundaries (APBs) in the GaP layer is found to be non-negligible, with limit quality factors between 10 000 and 100 000. In the nonlinear optics experiments, a strict quasi-phase-matching based SHG process is demonstrated for the first time, in GaP/GaP microdisks for a pump in the telecom wavelength. Despite the modest quality factors of our structures, we thus demonstrate that optimization of the nonlinear conversion efficiency in III-V microdisks is still possible through the careful selection of the phase matching scheme at play in the nonlinear process. The nonlinear response of GaP/Si microdisks with random crystal polarity indicates promising nonlinear behavior towards high power frequency upconversion, despite the uncertainty on the process at play. | |||