Modélisation d'un microscope à champ proche optique sans ouverture par la méthode des éléments finis

par Radouane Fikri

Thèse de doctorat en Optique et nanotechnologies

Sous la direction de Dominique Barchiesi.

Soutenue en 2003

à Troyes .


  • Résumé

    L’objectif de la thèse est de modéliser l’interaction rayonnement-matière en microscopie optique de champ-proche sans ouverture ASNOM (Apertureless Scanning Near-Field Optical Microscopy), de manière à fournir une méthode prédictive de formation des images. En effet, le calcul du champ électromagnétique, diffracté par la sonde et les objets matériels impliqués dans cette microscopie, doit tenir compte avec précision de la forme des structures mises en jeu et doit pouvoir révéler les forts gradients du champ-proche. Plusieurs groupes expérimentaux utilisent cette technique expérimentales dans le monde mais aucun modèle à ce jour ne décrivait à la fois l’interaction électromagnétique complexe entre l’illumination, la sonde et l’échantillon et la détection. L’approche que nous proposons est celle des éléments finis avec maillage adaptatif. Nous formulons du problème avant de le valider par des comparaisons avec des méthodes souvent utilisées dans le domaine du champ-proche optique (méthode de Green, FDTD…). Dans la seconde partie, nous abordons l’étude du confinement de la lumière à l’extrémité nanométrique de la sonde du microscope et nous proposons un modèle réaliste pour expliquer les images obtenues à l’aide d’un ASNOM. En plus des interactions sonde-objet-substrat, ce modèle prend aussi en compte la vibration de la sonde et l’objectif de microscope utilisé pour détecter le signal optique. Le bon accord des résultats de simulations avec les expérimentaux encourage à utiliser la méthode des éléments finis

  • Titre traduit

    Modelling of apertureless scanning near-field optical microscope using the finite element method


  • Résumé

    The Apertureless Scanning Near-Field Optical Microscopy (ASNOM) has raised a great interest over the last two decades and it is currently used by several experimental research groups in the world. However, despite the wide variety of existing models that are applied to describe the complex interaction between the illuminating field, the probe and the substrate, the probe is often neglected. The objective of the present work is to introduce an original method that makes possible the accurate modelling and simulation of several mechanisms of image formation in the ASNOM configuration. We propose the finite element with adaptive mesh. First, we present this method and we validate it through comparisons with results of other methods that are often used in near-field optics. In the second part, we study the modelling of the confinement of light in the vicinity of a nanometric microscope probe and we propose a complete model of images formation in ASNOM. In addition to the interactions probe-object-substrate, this model also takes into account the probe vertical vibration above the sample and the objective lens used to collect the signal. The good agreement between the results of simulation and the experimental data show the potentialities of the Finite Element Method in near-field optics

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Informations

  • Détails : 1 vol. (156 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 149-156

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  • Bibliothèque : Université de Technologie. Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : THE 03 FIK
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