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L'oscillateur paramétrique optique, ce « petit frère » du laser, essentiellement réservé à la recherche fondamentale à cause de la taille et de la complexité des dispositifs de laboratoire impliqués, possède des applications potentielles importantes notamment en optique quantique. Sa récente déclinaison sous forme de nanostructure de semiconducteurs, à l'aide d'un système de microcavité triple verticale pourrait par exemple permettre de développer des systèmes de cryptographie quantique.
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Oscillation paramétrique dégénérée3. Micro-oscillateur paramétrique optique à cavité triple
Nous exposons ici le principe de fonctionnement d'un micro-oscillateur paramétrique optique monolithique à cavité triple, émettant par la surface. Ce micro-OPO présente de nombreuses analogies avec les VCSEL et permet notamment d'obtenir un seuil d'oscillation particulièrement faible , , . Dans ce système, l'espace des phases pour les photons fournit naturellement une triple résonance et un accord de phase pour les trois ondes paramétriques. La géométrie de cet OPO, ainsi que la petitesse du seuil, permet désormais d'envisager la réalisation d'un micro-OPO semi-conducteur, intégré, injecté électriquement.
Le schéma de principe du micro-OPO est présenté dans la figure a. Il s'agit de trois microcavités GaAs d'épaisseur optique égale à la longueur d'onde (microcavités λ-GaAs à 840 nm), couplées par deux miroirs de Bragg intermédiaires. La finesse des cavités Fabry-Pérot, ici de l'ordre du millier, détermine les pertes, ou l'amortissement, des modes optiques. Le milieu actif est constitué d'un ensemble de puits quantiques InGaAs situés au niveau du ventre du champ électromagnétique, de façon à optimiser le couplage lumière-matière. Les miroirs ne sont pas parfaitement parallèles entre eux. Un léger gradient d'épaisseur a été introduit intentionnellement au sein des cavités lors de la croissance par épitaxie par jets moléculaires (par interruption de la rotation du substrat pendant la durée de dépôt de certaines couches). De cette façon, il est possible, lors des expériences en laboratoire, d'ajuster l'énergie des cavités en déplaçant le spot laser à la surface de l'échantillon. Plus spécifiquement, le gradient d'épaisseur de la première cavité est perpendiculaire à celui de la troisième cavité et la cavité du milieu ne présente pas de gradient. Il est alors possible d'ajuster l'énergie des trois modes indépendamment. Le substrat sur lequel l'échantillon est épitaxié a été poli pour autoriser les expériences en transmission.
La dispersion des modes de microcavité est illustrée sur la figure b. La partie gauche de la figure représente la dispersion (calculée par la méthode standard des matrices de transfert) d'une seule cavité. L'énergie à 0° est celle du mode Fabry-Pérot sous incidence normale. Lorsque l'angle d'incidence varie, et donc le vecteur d'onde...
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Micro-oscillateur paramétrique optique à cavité triple
BIBLIOGRAPHIE
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