Génération de second-harmonique dans les puits quantiques asymetriques GaAs-AlGaAs

P. Boucaud; F. H. Julien

doi:doi:10.1051/jp3:1991105

Numéro		J. Phys. III France Volume 1, Numéro 1, January 1991


Page(s)		13 - 28
DOI		https://doi.org/10.1051/jp3:1991105

DOI: 10.1051/jp3:1991105
J. Phys. III France 1 (1991) 13-28

Génération de second-harmonique dans les puits quantiques asymetriques GaAs-AlGaAs

P. Boucaud and F. H. Julien

Institut d'Electronique Fondamentale, Bât. 220, Université Paris XI, 91405 Orsay, France

(Reçu le 5 octobre 1989, accepté le 21 août 1990)

Abstract
Mid-infrared resonant second harmonic generation is investigated in asymmetric quantum wells consisting of Al _xGa _l-xAs barriers, a GaAs well, and an Al _yGa _l-yAs layer with y < x. The intraband level energies and their related wave functions are evaluated through a selfconsistent solution of Schr $\ddot{\rm o}$ dinger and Poisson equations. The local second-harmonic generation is based on a non perturbative approach using the density matrix formalism. Results show that values as high as $3.6 \times 10^{-7}$ m/V could be obtained for the second harmonic non-linear susceptibility. This is about 950 times the corresponding value in bulk GaAs. The conversion efficiency is then evaluated using a propagation model taking into account the material dispersion along with the dispersion induced by the fields. Conversion efliciency superior to 6 % for a pump intensity of 10 MW/cm ² seems feasible.

Résumé
Nous avons étudié la génération résonante de second-harmonique dans l'infrarouge moyen dans des structures semiconductrices à base de puits quantiques asymétriques composés de barrières en Al _xGa _l-xAs, d'un puits en GaAs, et d'une semi-barrière en Al _yGa _l-yAs avec y < x. Les énergies des niveaux intrabande et les fonctions d'onde associées sont évalués par résolution couplée des équations de Schr $\ddot{\rm o}$ dinger et de Poisson. Le modèle local de génération de second-harmonique est basé sur un traitement non perturbatif par la matrice densité. Ce modèle conduit à des valeurs record de la susceptibilité non linéaire associée à la génération de second-harmonique de l'ordre de $3,6 \times 10^{-7}$ m/V, soit 950 fois la valeur correspondante dans GaAs massif. Le rendement de conversion d'un convertisseur harmonique à puits quantique asymétrique a été simulé à l'aide d'un modèle de propagation prenant en compte les effets de dispersion intrinsèque du matériau ainsi que les effets de dispersion induits par l'intensité des champs. Des rendements de conversion supérieurs à 6 % pour une intensité de pompage de 10 MW/cm ² sont envisageables.