octobre 2018 – décembre 2021

Projet ANR17-CE24-0019 (ANR)

Les phénomènes d’optique non-linéaire au 2nd ordre dans les microrésonateurs intégrés sont fortement contraints par la double conservation de l’énergie et de l’impulsion. Introduire un caractère aléatoire dans l’orientation cristalline du matériau non-linéaire permet de relâcher cette contrainte et multiplie les possibilités de conversion de fréquence de ces dispositifs. Le projet ORPHEUS explore ainsi ces phénomènes non-linéaires dans des microdisques de GaP sur silicium.

Contexte

La croissance des flux de données et la sobriété énergétique repoussent les technologies de l’information dans leurs retranchements. L’intégration de circuits photoniques (PICs) au sein des microprocesseurs représente une option intéressante face à ces évolutions, du fait de leur grande bande passante et de leur coût énergétique faible, mais aussi parce que la lumière constitue un medium intéressant pour le développement de paradigmes de calcul alternatifs comme le calcul quantique. La démonstration de briques photoniques élémentaires de ces PICs est, de fait, essentielle à l’essor de cette nouvelle technologie. Parmi ces composants de base, les oscillateurs paramétriques optiques (OPO) ont depuis longtemps démontré leur intérêt comme convertisseur de longueur d’onde, amplificateurs ou sources de photons intriqués. La miniaturisation de ces dispositifs est aujourd’hui une thématique de recherche particulièrement vivante.

Objectifs

La plateforme GaP/Si présente de nombreux avantages dans ce domaine : le GaP présente une plus grande susceptibilité du 2nd ordre que le LiNbO3 et ses propriétés optiques autorisent une plus grande compacité des dispositifs et une gamme spectrale étendue. Le GaP peut être intégré sur Si de manière monolithique et bénéficie de la maturité des procédés technologiques III-V. Mais au-delà, le caractère aléatoire de l’orientation cristalline des dispositifs photoniques GaP/Si pourrait être utilisé pour réaliser une conversion de fréquence plus accessible et à large bande. Ceci réside dans l’apparition de défauts structuraux appelés domaines d’antiphase (APDs) lors de la croissance de GaP sur Si. L’objectif du projet ORPHEUS est donc la démonstration d’un OPO large bande basé sur nos microdisques à base de GaP/Si. Différents régimes de fonctionnement de l’OPO seront testés depuis la conversion au sein de la bande télécom jusqu’à la conversion entre la bande datacom (850nm) et la bande télécom.

Production scientifique

28 documents

Articles dans une revue8 document

  • Konstantinos Pantzas, Sylvain Combrié, Myriam Bailly, Raphaël Mandouze, Francesco Rinaldo Talenti, et al.. Continuous-Wave Second-Harmonic Generation in Orientation-Patterned Gallium Phosphide Waveguides at Telecom Wavelengths. ACS photonics, 2022, 9 (6), pp.2032-2039. ⟨10.1021/acsphotonics.2c00156⟩. ⟨hal-03697190⟩
  • Maximilien Billet, Luis Reis, Yoan Léger, Charles Cornet, Fabrice Raineri, et al.. Gallium phosphide-on-insulator integrated photonic structures fabricated using micro-transfer printing. Optical Materials Express, 2022, 12 (9), pp.3731. ⟨10.1364/OME.461146⟩. ⟨hal-03967716⟩
  • Rasool Saleem-Urothodi, Julie Le Pouliquen, Tony Rohel, Rozenn Bernard, Christelle Pareige, et al.. Loss assessment in random crystal polarity gallium phosphide microdisks grown on silicon. Optics Letters, 2020, 45 (16), pp.4646. ⟨10.1364/OL.399935⟩. ⟨hal-02926153⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Yoan Léger. Generalization of Second-Order Quasi-Phase Matching in Whispering Gallery Mode Resonators Using Berry Phase. ACS photonics, 2020, 7 (7), pp.1617-1621. ⟨10.1021/acsphotonics.0c00393⟩. ⟨hal-02877822⟩
  • Charles Cornet, Simon Charbonnier, Ida Lucci, Lipin Chen, Antoine Létoublon, et al.. Zinc-blende group III-V/group IV epitaxy: Importance of the miscut. Physical Review Materials, 2020, 4 (5), pp.053401. ⟨10.1103/PhysRevMaterials.4.053401⟩. ⟨hal-02878985⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Charles Cornet, Alexandre Beck, Yoan Léger. Dual wavelength evanescent coupler for nonlinear GaP-based microdisk resonators. OSA Continuum, 2020, 3 (1), pp.43-49. ⟨10.1364/OSAC.3.000043⟩. ⟨hal-02452092⟩
  • Ang Zhou, Yanping Wang, Charles Cornet, Yoan Léger, Laurent Pedesseau, et al.. A study of the strain distribution by scanning X-ray diffraction on GaP/Si for III–V monolithic integration on silicon. Journal of Applied Crystallography, 2019, 52 (4), pp.809-815. ⟨10.1107/S1600576719008537⟩. ⟨hal-02289442⟩
  • Ida Lucci, Simon Charbonnier, L. Pedesseau, Maxime Vallet, Laurent Cerutti, et al.. Universal description of III-V/Si epitaxial growth processes. Physical Review Materials, 2018, 2 (6), pp.060401(R). ⟨10.1103/PhysRevMaterials.2.060401⟩. ⟨hal-01833206⟩

Communications dans un congrès15 document

  • Brieg Le Corre, Alice Marceau, Konstantinos Pantzas, Sylvain Combrié, Francesco Rinaldo Talenti, et al.. Génération de seconde harmonique dans un guide d’onde en phosphure de gallium à orientation structurée aux longueurs d’onde télécom. Journées Nationales d'Optique Guidée (JNOG'40), Jul 2023, Lyon, France. ⟨hal-04196334⟩
  • Charles Cornet, Simon Charbonnier, Ida Lucci, Lipin Chen, Antoine Létoublon, et al.. Is a substrate miscut really required for high quality III-V/Si monolithic integration?. 21st International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2021), Sep 2021, Mexico (virtual), Mexico. ⟨hal-03402689⟩
  • Rasool Saleem-Urothodi, Julie Le Pouliquen, Tony Rohel, Rozenn Bernard, Christelle Velly-Pareige, et al.. Optical losses in GaP microdisks on Si with controlled random polarity. 17è Journées de la Matière Condensée (JMC 17), Aug 2021, Rennes (virtual), France. ⟨hal-03402730⟩
  • Maximilien Billet, Nicolas Poulvellarie, Camiel Op de Beeck, Luis Reis, Yoan Léger, et al.. Gallium phosphide transfer printing for integrated nonlinear photonics. Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and European Quantum Electronics Conference 2021 (CLEO-Europe/EQEC 2021), Jun 2021, Munich, Germany. ⟨10.1109/CLEO/Europe-EQEC52157.2021.9541998⟩. ⟨hal-03392170⟩
  • Rasool S Urothodi, Julie Le Pouliquen, Tony Rohel, Rozenn Bernard, Christelle Velly-Pareige, et al.. High-Quality Factor Zinc-Blende III-V Microdisks on Silicon for Nonlinear Photonics. Compound Semiconductor Week 2021 (CSW 2021), May 2021, Stockholm, France. ⟨hal-03285528⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, C. Cornet, Alexandre Beck, Yoan Léger. Dual wavelength coupler for second-harmonic generation in gallium phosphide microdisks. International Conference Laser Optics (ICLO), Nov 2020, St-Petersburg, Russia. ⟨hal-03032222⟩
  • Rasool Saleem-Urothodi, Julie Le Pouliquen, Tony Rohel, Rozenn Bernard, Christelle Pareige, et al.. Crystal-polarity engineered gallium phosphide microdisks grown on silicon. IOP conference- PHOTON2020, Sep 2020, virtual, United Kingdom. ⟨hal-03032794⟩
  • Rasool S Urothodi, Alejandro Lorenzo-Ruiz, Julie Le Pouliquen, Olivier de Sagazan, Tony Rohel, et al.. Random crystal polarity of Gallium phosphide microdisks on silicon. Journées Nanomatériaux de Rennes, Jan 2020, Rennes, France. ⟨hal-03101371⟩
  • Maximilien Billet, Yoan Léger, Charles Cornet, Fabrice Raineri, Isabelle Sagnes, et al.. Gallium phosphide on insulator photonics enabled by micro-transfer printing. Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics, 2020, Washington, United States. pp.ITu2A.6, ⟨10.1364/IPRSN.2020.ITu2A.6⟩. ⟨hal-03032085⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Yoan Léger, Charles Cornet, Alexandre Beck. THz surface phonon polariton generation in GaP photonic waveguide. 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2019), Sep 2019, Paris, France. pp.19149231. ⟨hal-02363387⟩
  • Charles Cornet, Ida Lucci, Lipin Chen, Laurent Pedesseau, Rozenn Bernard, et al.. Universal growth mechanism of III-V/Si: using antiphase boundaries for devices.. Réunion plénière du GDR Pulse (PULSE 2019), Jul 2019, Clermont-Ferrand, France. ⟨hal-02189095⟩
  • C. Cornet, Lipin Chen, Alejandro Ruiz, Ida Lucci, Alexandre Beck, et al.. Monolithic integration of III-V semiconductors on silicon for photonics and solar hydrogen production. SPb Photonic, Optoelectronic, & Electronic Materials (SPb-POEM 2019), Apr 2019, St Petersburg, Russia. ⟨hal-02112743⟩
  • Ida Lucci, Simon Charbonnier, Laurent Pedesseau, Maxime Vallet, Laurent Cerutti, et al.. A universal mechanism to describe III-V epitaxy on Si. 20th European Molecular Beam Epitaxy Workshop (Euro-MBE 2019), Feb 2019, Lenggries, Germany. ⟨hal-02048639⟩
  • Charles Cornet, Ida Lucci, Lipin Chen, Alejandro Ruiz, Alexandre Beck, et al.. GaP-based materials on silicon for photonics and energy. Smart NanoMaterials 2018: Advances, Innovation and Applications (SNAIA2018), Dec 2018, Paris, France. ⟨hal-01954362⟩
  • Ang Zhou, Yanping Wang, Antoine Létoublon, Ida Lucci, Charles Cornet, et al.. Nano Beam X-ray Scattering on GaP/Si for III-V Monolithic Integration on Silicon. European Materials Research Society - Spring Meeting 2018 (E-MRS 2018 Spring Meeting), Jun 2018, Strasbourg, France. ⟨hal-02352639⟩

Poster de conférence5 document

  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Yoan Léger. Generalization of second order quasi-phase matching in whispering gallery mode resonators using Berry Phase. OSA Advanced Photonic Congress, Jul 2020, Washington, United States. ⟨hal-02990227⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Alexandre Beck, C. Cornet, Yoan Léger. Dual wavelength vertical coupling for SHG in GaP microdisks. Journées Nanomatériaux de Rennes, Jan 2020, Rennes, France. 2020. ⟨hal-03032925⟩
  • Alejandro Lorenzo-Ruiz, Alexandre Beck, Charles Cornet, Yoan Léger. Dual wavelength vertical coupling for SHG in GaP microdisks. 39è Journées Nationales d'Optique Guidée (JNOG 2019), Jul 2019, Palaiseau, France. ⟨hal-02293254v2⟩
  • Lipin Chen, Oliver Skibitzki, Yoan Léger, Christophe Levallois, Rozenn Piron, et al.. Photoluminescence of 2D-vertical In-rich APBs embedded in InGaP/SiGe/Si. 20th International Conference on Molecular-Beam Epitaxy (ICMBE 2018), Sep 2018, Shanghai, China. 2018. ⟨hal-01909074v2⟩
  • Lipin Chen, Oliver Skibitzki, Yoan Léger, Christophe Levallois, Rozenn Piron, et al.. Excitons bounded around In-rich antiphase boundaries. 34th International Conference on the Physics of Semiconductors (ICPS 2018), Jul 2018, Montpellier, France. 2018. ⟨hal-01864401⟩

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