Guidage optique dans les cristaux plasmoniques 1D et 2D

par Cyrille Billaudeau

Thèse de doctorat en Physique. Optique et photonique

Sous la direction de Jean-Luc Pelouard et de Stéphane Collin.

Soutenue en 2007

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur l'étude des propriétés de guidage des polaritons-plasmons de surface (vitesse de groupe, couplage radiatif, absorption) dans des cristaux plasmoniques 1D et 2D constitués de films métalliques percés d'ouvertures nanométriques périodiques (fentes ou trous). Nous avons développé un banc de mesures optiques (transmission et réflexion) sur un large domaine angulaire (0-60°) et spectral (1-16 μm). Il permet d'obtenir les diagrammes de dispersion des modes de surface avec une haute résolution (±0. 3°, 0. 5 cm-1). Dans les cristaux plasmoniques 1D, nous montrons une modulation des pertes radiatives due au couplage des plasmons de surface se propageant le long des interfaces air/métal et substrat/métal. Il en résulte deux régimes de propagation: un régime radiatif présentant une absorption négligeable, et un régime faible perte très peu couplé à l'espace libre. De plus nous montrons qu'une faible variation de l'indice du substrat (1 %) permet de passer d'un régime de propagation à un autre et ouvre la voie à un contrôle externe des couplages radiatifs et non radiatifs des modes guidés. Nous présentons également les propriétés dispersives des plasmons de surface excités sur les interfaces de cristaux plasmoniques 2D anisotropes ayant des périodes différentes selon ses deux axes de symétrie. Nous montrons l'existence d'une bande interdite loin des bords de la zone de Brillouin, et mettant en jeu un couplage entre trois plasmons de surface se propageant dans des directions quasi-orthogonales. Un des modes couplés présente un fort couplage radiatif et une faible vitesse de groupe.

  • Titre traduit

    Waveguiding in 1D and 2D plasmonic crystals


  • Résumé

    This thesis is devoted to the study of waveguiding properties of surface plasmons polaritons (group velocity, radiative coupling, absorption) on 1D and 2D plasmonic crystals composed of a metallic film periodically drilled with nanoscaled apertures (slits or holes). We have developed a setup for the measurements of optical transmission and reflexion on large spectral (1-16 μm) and angular (0-60°) ranges. It allows to obtain dispersion diagramms with a high resolution (±0. 3°, 0. 5 cm-1). In 1D plasmonic crystals, we evidence modulations of radiative losses, due to the coupling between surface plasmons propagating along air/me\-tal and substrate/metal interfaces. It induces two propagation regimes: a radiative regime with negligible absorption, and a low-loss regime nearly uncoupled to the free space. Moreover we show that we can continuously tune the propagation regime with a slight modification of the optical index of the substrate (1 %). It opens up new perspectives for the external control of radiative/non-radiative coupling of guiding modes. We also present the dispersion properties of surface plasmons on 2D anisotropic plasmonic crystals with different periods along the two symmetry axes. We reveal a band gap far from the borders of the first Brillouin zone. It is induced by the coupling of three surface plasmons propagating in nearly orthogonal directions. One of these coupled modes presents a strong radiative coupling and a weak group velocity.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2008 par [CCSD] [diffusion/distribution] à Villeurbanne

Guidage optique dans les cristaux plasmoniques 1D et 2D

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Informations

  • Détails : 1 vol. (IV-160 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 151-160

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(2007)265
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