Propriétés optiques linéaires et non linéaires de réseaux de nanostructures sub-longueurs d'onde en or

par Antoine Lesuffleur

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Pierre Beauvillain.


  • Résumé

    Les plasmons de surface sont des modes propres d'interface metal/diélectrique présentant un fort couplage entre les électrons libres et le champ électromagnétique. Ces plasmons peuvent être localisés sur des petites particules (sphères, cylindres, agrégat), se propager sur des interfaces planes ou rugueuses ou être guidés par des guides métalliques. Dans le cadre de ma thèse, j'ai étudié deux types de structures : des réseaux de particules sub-longueurs d'onde fortement couplées en or sur silicium et des tamis à photons permettant une forte exaltation de la transmission. Par des mesures de réflectivité optique linéaire spectroscopique sous angle d'incidence variable sur des réseaux de chaînes de particules sub-longueurs d'onde, nous avons pu mettre en évidence des résonances liées au réseau (anomalie de Wood) et surtout des résonances de plasmons de surface localisés capables de se propager le long d'une chaîne de particules sub-longueurs d'onde fortement couplées par une faible distance interparticules et par une interconnexion métallique. Mes résultats sont en accord avec les calculs RCWM que nous avons effectués. Par ailleurs, j'ai mis en évidence la grande sensibilité du doublage de fréquence à l'exaltation du champ électromagnétique local à la résonance et du au couplage entre les particules. Nous avons également réalisé des réseaux d'ouvertures circulaires sub-longueurs d'onde présentant une transmission de 10%. Par ailleurs, nous avons fabriqué des réseaux de nanocavités coaxiales. Nous avons mis en évidence expérimentalement l'existence d'un plasmon de surface or/verre et d'un mode de cavité pouvant théoriquement permettre une transmission exaltée.

  • Titre traduit

    Linear and non linear optical properties of gold subwavelength structure arrays


  • Résumé

    Surface plasmons are egen modes of metallic interfaces resulting from a strong coupling between an incident electromagnetic wave and the free electrons of the metal. These plasmons can be localized on very small particles (spheres, cylinders, agregates. . . ). They can propagate along smooth or rough interfaces and they can be guided by metallic stripes. In the context of my thesis, I have studied two kinds of such metallic structures : gold coupled sub-wavelength particle regular arrays and arrays of subwavelength apertures permitting a enhanced transmission through a so structured metallic film. Through linear optical spectroscopic reflectivity measurements, on arrays of gold subwavelength particle, we have measured the signatures of grating effects (Wood anomalies) and especially propagating localized lurface llasmons along a chain of gold subwavelength particles by a narrow spacing between particles and by a metallic neck connecting particles. My experimental results are in good agreement with the RCWM calculations we did. Furthermore, I shew the high sensitivity of the Second Harmonic Generation measurements to the enhancement of the local electromagnetic fields due to the resonances and the coupling between particles. Subwavelength circular aperture arrays were made in a 100 nm gold film and we measured a 10% transmission. Moreover, subwavelength annular aperture arrays in a 130 nm gold film were fabricated. We measured by reflectivity the spectral signature of a surface plasmon at the gold/glass interface and a cavity mode which are responsible of the theoritical enhanced transmission.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (166 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 158-162

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2005)145
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