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Broadband Quasi-Phase-Matched Wavelength Converters

Amirhossein Tehranchi

PhD thesis (2010)

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Cite this document: Tehranchi, A. (2010). Broadband Quasi-Phase-Matched Wavelength Converters (PhD thesis, École Polytechnique de Montréal). Retrieved from https://publications.polymtl.ca/329/
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Abstract

RÉSUMÉ Cette thèse propose de nouveaux concepts dans la conversion de fréquence optique à large bande dans les dispositifs à ondes guidées par quasi-accord de phase (QPM). Ces dernières années, la QPM a été appliquée avec succès à l'aide des réseaux de domaines inversés en matériaux non linéaires comme le niobate de lithium, en inversant le signe du deuxième ordre coefficient non linéaire, pour tirer parti le plus fort coefficient non linéaire de la génération seconde harmonique (SHG), la génération fréquence somme (SFG) et la génération fréquence différence (DFG). Toutefois, une structure périodique a un impact négatif de limiter la bande passante. Même si une structure apériodique contribue à augmenter la bande passante, elle apporte des ondulations sur l’efficacité de conversion réduite, ce qui limite des applications. Néanmoins, une modification de la structure basée sur le quasi-accord de phase semble prometteuse pour fournir une large bande passante avec l'efficacité, et l'ondulation voulue. Il a été démontré pour la première fois dans cette thèse que l'utilisation de la technique de l'apodisation des réseaux apériodiques modifiée “apodized step-chirped gratings (ASCG)”, la bande passante d'un doubleur de fréquence, basé sur la SHG en guide d'ondes du niobate de lithium, peut être élargie volontairement et les ondulations peuvent être réduites (< ±0.05dB). Cela signifie également que le dispositif peut être utilisé comme une source sur une large gamme de température. Il a été vérifié que l'utilisation de l’ASCG, la bande passante large (> 50 nm) est suffisamment contrôlable ; et la grande largeur de domaine et les étapes de chirp facilitent la fabrication des dispositifs. Ces dispositifs à large bande peuvent premièrement être utilisés pour la conversion de longueur d'onde variable dans les futurs réseaux optiques. Deuxièmement, ils mènent à l'avenir pour la réalisation de convertisseurs de fréquence à haute efficacité pour les écrans. Toutefois, l'efficacité de la SHG pour un dispositif avec l’ASCG est plus faible que celle du réseau uniforme avec la même longueur.----------ABSTRACT This thesis proposes new concepts in broadband optical frequency conversion in quasi-phase matched guided-wave devices. Quasi-phase matching (QPM) using domain-inverted gratings in nonlinear materials such as lithium niobate (LN) by reversing the sign of the second-order nonlinear coefficient, has been successfully applied in recent years to take advantage of the highest nonlinear coefficient for second harmonic generation (SHG), sum frequency generation (SFG) and difference frequency generation (DFG). Nevertheless, the periodic quasi-phase matched structure has a negative impact by limiting the bandwidth of frequency up-conversion. Although an aperiodic quasi-phase matched structure can help to increase the bandwidth, it may cause ripples to appear in the reduced conversion efficiency response, which has detrimental implications for applications. However, an engineered quasi-phase matched structure seems to be a promising route to achieving a wide bandwidth with a desired efficiency, and tailored ripple. In this dissertation, it has been demonstrated for the first time that using the technique of apodization with chirped gratings, the bandwidth of frequency doublers based on SHG in lithium niobate waveguides can be broadened at will, and the ripple damped out (< ±0.05dB) to be low enough so as to be considered almost flat. A consequence of this technique is that the guided wave device may be used as a source over a wide unregulated temperature range, for the first time. It has been shown that using the apodized step-chirped gratings (ASCG) approach, the wide spectral conversion efficiency profile (> 50 nm) is suitably controllable. The large domain-widths and chirp-steps ease device manufacture. The impact of this design is clearly very high as firstly, this broadband wavelength converter can be used for variable waveband wavelength conversion in future all-optical networks, as the device based on the cascaded second harmonic generation and difference frequency generation (SHG + DFG), should be a broadband frequency doubler. Secondly, for displays it may lead to the realization of high-efficiency three-color frequency converters that do not change in intensity, even without the use of temperature control.

Open Access document in PolyPublie
Department: Département de génie électrique
Dissertation/thesis director: Raman Kashyap
Date Deposited: 04 Oct 2010 14:54
Last Modified: 24 Oct 2018 16:10
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/329/

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