Nonlinear optical process in THz waveguides

L'objectif de cette thèse est d'étudier la génération d'ondes térahertz dans des guidesd'onde en niobate de lithium (LiNbO3) et en niobate de lithium périodiquement polarisé (PPLN) via des processus χ(2), pompés par un laser ultra-rapide à base de matériaux dopés à l'ytterbium à haute cadence et opérant à une longueur d'onde d'environ 1 μm. Dans un guide d'onde en LiNbO3 de section 500 × 500 μm2, un rayonnement térahertz large bande, couvrant 4 THz et centré à 3,1 THz, a été généré par le processus paramétrique de polaritons. Le spectre optique mesuré à la sortie du guide d'onde a montré une bonne concordance avec le spectre de gain théorique ainsi qu'avec les résultats expérimentaux. Dans un guide d'ondes PPLN de même dimension, un rayonnement térahertz à bande étroite centré à 0,48 THz, avec une largeur debande de 180 GHz, a été généré via la technique des impulsions laser étirées et retardées, en excellent accord avec les simulations. L'étirement des impulsions a été réalisé à l'aide d'un système à réseaux parallèles, tandis que le retard temporel a été introduit par un interféromètre de Michelson. Comme application potentielle découlant de ce dernier travail, l'excitation sélective de profils de modes spatiaux spécifiques dans le guide d'onde en PPLN, obtenue en ajustant le retard entre les deux impulsions, a été démontrée numériquement par la résolution des équations d'ondes couplées non linéaires. Pour des impulsions étirées d'une durée de 100 ps, un retard relatif de 41,9 ps a permis la génération efficace du mode TE10, tandis que des retards de 42 pset 43,9 ps ont permis de générer sélectivement les modes TE20 et TE30 respectivement, avec une efficacité élevée par rapport aux autres modes.