Génération et contrôle de seconde harmonique dans les réseaux des nanoantennes en AlGaAs

Autor: Gigli, Carlo
Přispěvatelé: Gigli, Carlo
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: In analogy with their RF counterparts, optical nanoantennas aim at transferring energy from free propagating radiation to localized sources and vice versa. In particular, strong light matter interaction at the nanoscale can boost nonlinear generation processes with efficiencies comparable to optically guided systems while revealing new phenomena with respect to bulk components. In this case the localized source is constituted by the intrinsic optical nonlinearity of matter as well as nanoantennas provide local field enhancement and control radiation properties at harmonic frequencies. During last decade, all-dielectric Mie resonators were proposed as an ideal candidate for harmonic generation due to high material refractive index, strong bulk nonlinearities and negligible ohmic losses. This thesis work concentrates on the numerical modelling and experimental demonstration of second harmonic generation (SHG) from isolated or arrayed AlGaAs nanoresonators. The first part is devoted to the analysis of nonlinear generation processes in open-boundaries cavities through quasi normal modes formalism in non-Hermitian systems pointing out the analogies and differences with closed-cavities counterparts (e.g. micro-disks, micro-rings, etc. . . ). Successively SHG is experimentally investigated in isolated AlGaAs Mie-resonators and in arrays of nanocylinders for the control of polarization, radiation pattern and power funneling into different diffraction orders. Finally, SH phase engineering with all-dielectric metasurfaces is discussed in detail. Design guidelines, numerical models and technological implementations are proposed for the case of AlGaAs metasurfaces on sapphire. These tools are experimentally validated for nonlinear beam steerers, meta-lenses and meta holograms offering new routes to the development of ultrathin photonic devices for nonlinear imaging.
Par analogie avec leurs homologues dans les RF, les nanoantennes optiques visent à transférer l’énergie de la propagation libre vers des sources localisées et vice-versa. En particulier, l’interaction forte de la lumière avec la matière à la nano-échelle peut stimuler les processus de génération non-linéaire avec des rendements comparables à ceux des systèmes guidés, tout en révélant des nouveaux phénomènes par rapport aux composants massifs. Dans ce cas, la source localisée est constituée par la non-linéarité optique intrinsèque de la matière et les nanoantennes fournissent une augmentation du champ local et contrôlent les propriétés de rayonnement aux fréquences harmoniques. Dans les dernières années, les résonateurs de Mie diélectriques ont été proposés comme un candidat idéal pour la génération d’harmoniques en raison de l’élevé indice de réfraction des matériaux, de fortes non-linéarités et de négligeables pertes ohmiques. Ce travail de thèse se concentre sur la modélisation numérique et la démonstration expérimentale de la génération de second harmonique (GSH) dans des nanorésonateurs en AlGaAs, isolés ou en réseau. La première partie est consacrée à l’analyse des processus de génération non linéaires dans les cavités ouvertes à travers le formalisme de modes quasi normaux dans les systèmes non hermitiens en soulignant les analogies et les différences avec les cavités fermées (ex: micro-disques, micro-anneaux, etc.). Successivement, la GSH est étudié expérimentalement dans des résonateurs de Mie en AlGaAs à la fois isolés et dans des réseaux pour le contrôle de la polarisation, du diagramme de rayonnement et de la canalisation de puissance dans différents ordres de diffraction. Dans la dernière partie on discute en détail l’ingénierie de phase du SH avec des métasurfaces diélectriques. Des directives de conception, des modèles numériques et des implémentations technologiques sont proposés pour le cas des métasurfaces de AlGaAs sur saphir. Ces outils sont validés expérimentalement pour les déflecteurs de faisceau non linéaires, les méta-lentilles et les méta-hologrammes en représentant de nouvelles solutions pour le développement de dispositifs photoniques ultra-fins pour l’imagerie non linéaire.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: