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    La microcavité fonctionnalisée en surface améliore l'optique non linéaire

    Figure 1 :Schéma de la microcavité de silice organiquement fonctionnalisée avec des coupleurs à double fibre. Crédit :Université de Pékin

    Les microcavités optiques en silice sont des dispositifs photoniques de base, appréciés pour leur perte intrinsèquement ultra-faible dans les spectres large bande et leurs procédés de fabrication matures, mais malheureusement, ils souffrent d'une faible non-linéarité optique de deuxième et troisième ordre. Une caractéristique notable de la microcavité est le champ évanescent de fuite inhérent à la surface, qui ouvre la fenêtre des interactions lumière-matière à la surface.

    Maintenant, un groupe de recherche dirigé par le professeur Yun-Feng Xiao à l'Université de Pékin, en collaboration avec le professeur Xiaoqin Shen de la Shanghai Tech University, a atteint une efficacité record de génération de troisième harmonique (THG) dans une microcavité de silice fonctionnalisée en surface. Ce travail a été publié en ligne dans Lettres d'examen physique intitulé « L'optique non linéaire à microcavité avec une surface organiquement fonctionnalisée ».

    Dans ce travail, des molécules organiques conjuguées sont employées pour la fonctionnalisation de la surface de la microcavité, qui détiennent une très grande réponse optique non linéaire en raison de leurs grands systèmes électroniques délocalisés. Par une stratégie de fonctionnalisation surfacique, il est prometteur de faire le pont entre les microcavités à facteur de qualité (Q) élevé et la vaste bibliothèque de molécules non linéaires.

    Compte tenu de la géométrie et de la dispersion des matériaux dans une cavité, le décalage de fréquence optique pour la lumière de pompage et le signal de troisième harmonique (TH) avec leurs modes de cavités correspondants peut gâcher l'amélioration doublement résonnante de la sortie TH, en particulier dans les microcavités à ultra-haut Q. "La non-linéarité de troisième ordre améliorée en surface est une partie de l'histoire d'un THG efficace, " dit Jin-hui Chen, un post-doctorat « Boya » dans le groupe du professeur Xiao. « Nous développons la méthode d'appariement de phase dynamique en tirant parti des effets Kerr et thermiques pour lutter contre la difficile dispersion des modes optiques dans les microcavités à ultra-haut Q. »

    Ces effets introduisent de manière collaborative un décalage de fréquence des modes de cavité, et conduire à la compensation dynamique de la discordance de la pompe et de la résonance TH. Par conséquent, le signal TH brillant est observé sous une puissance de pompage de plusieurs milliwatts, avec une efficacité de conversion maximisée jusqu'à 1, 680 %/W2, ce qui est quatre ordres de grandeur supérieur à celui des microcavités de silice pure les mieux rapportées. L'efficacité de conversion ultra-élevée est due à la forte non-linéarité des molécules organiques et à l'amélioration de la résonance Q ultra-élevée de la lumière de pompage et du signal TH.

    Pour mieux identifier les origines des signaux non linéaires, les chercheurs ont analysé la sortie TH ou fréquence de somme de troisième ordre (TSF) dépendante de la polarisation de la pompe. Ils ont découvert que la puissance de sortie TH ou TSF avec une polarisation de pompe électrique transversale est d'environ deux ordres de grandeur plus élevée qu'avec une polarisation de pompe magnétique transverse en raison de l'alignement de surface des molécules organiques.

    "L'expérience atteint le record le plus élevé d'efficacité THG en photonique sur silice, " dit le professeur Xiao. " Plus important encore, le travail peut ouvrir un nouvel horizon pour améliorer les propriétés et étendre les applications des microcavités, qui est fait de matériaux en vrac conventionnels, tels que la silice et le nitrure de silicium. La technologie et le mécanisme que nous avons appris et développés dans ce travail, incluant la méthode de fonctionnalisation de surface et d'appariement de phase dynamique, servira de base à diverses applications, en particulier dans la photonique non linéaire accordable à large bande."

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