Note publique d'information : La progression rapide de la photonique intégrée ces dernières années a ouvert un large
éventail d’applications. L’intégration sur puce des absorbants saturables ou des sources
secondaires comme le laser Brillouin, le supercontinuum ou les peignes de fréquence
sont quelques exemples. Dans ce contexte, les matériaux présentant une grande non-linéarité
optique du troisième ordre sont de plus en plus recherchés, comme le silicium ou les
verres de chalcogénure. En effet, ils permettent le développement des fonctionnalités
non-linéaires à une basse puissance injectée. Compte tenu du grand potentiel de ces
matériaux pour la nanophotonique non-linéaire, il s’avère encore plus important de
développer des méthodes de mesure pour déterminer la réponse optique non-linéaire
de ces matériaux.À ce jour, parmi les techniques les plus courantes pour mesurer la
non-linéarité, on retient la méthode Z-scan, qui est utilisée uniquement pour des
matériaux bruts, et la méthode du mélange à quatre ondes (FWM) qui est compatible
avec les guides d’ondes, mais requiert un accord de phase et des guides avec très
peu de pertes, ce qui nécessite de disposer d’une filière technologique de nanofabrication
déjà mature.Nous rapportons dans cette thèse, une méthode interférométrique basée
sur la détection hétérodyne pour la mesure de l’indice Kerr des matériaux non-linéaires.
Les différentes étapes de la mise en place de la technique et le procédé de traitement
de données ont été détaillés dans ce manuscrit. La méthode a été appliquée à des matériaux
non-linéaires de différentes compositions comme le nitrure de silicium, les chalcogénures
et le silicium-sur-isolant, où certains d’entre eux présentent de l’absorption à deux
photons que nous avons mesurée avec cette même technique. L’interféromètre hétérodyne
est adapté à des guides d’ondes intégrés, mais aussi à d’autres structures guidantes
telles que des fibres macroscopiques ou des microfibres. Cette technique extrêmement
sensible permet de mesurer des petits déphasages non-linéaires à des puissances modérées
et pour des guides présentant des grandes pertes de propagation. Un tel outil serait
utile pour contrôler la non-linéarité et pour participer au développement de nouveaux
matériaux pour la photonique intégrée.
Note publique d'information : Nonlinear optics has been a productive field of research and investigation for a few
decades now, but the rapid progression of photonic integration platforms in recent
years has opened up a whole new range of applications. On-chip integration of effective
saturable absorbers and secondary sources including Brillouin laser, supercontinua,
or frequency combs are few examples of the very wide possibilities offered by nonlinear
nanophotonics. In this context, materials with large third-order optical nonlinearities
become highly sought after, as they enable the development of nonlinear functionalities
at low input powers. Given a large number of potential candidates as material for
nonlinear nanophotonics, it becomes even more important to be able to measure their
nonlinear optical response.The two most common techniques for measuring the optical
nonlinearity of materials are the Z-scan and four wave mixing (FWM) techniques. The
Z-scan method can only be applied to bulk materials, and not to optical waveguides
such as the ones used in nanophotonics. In contrast, FWM can measure nonlinearities
in waveguides but requires a phase matching, waveguides with low losses and high optical
power.This thesis report an interferometric technique relied on heterodyne detection
to measure the Kerr index of nonlinear materials. The different stages of the technique
implementation have been presented as well as the data processing method. We applied
this technique to nonlinear materials of different compositions such as silicon nitride,
chalcogenides and silicon-on-insulator. The heterodyne interferometer is not only
suitable for integrated waveguides but also for fibers and microfibers. This method
has the advantage of being highly sensitive, and is therefore well-adapted to short
waveguides or lossy materials. Such a tool would be useful to control nonlinearity
and of great help in the development of new materials for integrated photonics.
paprika.idref.fr
data.idref.fr
Documentation
