Etudes de l'émission thermique et de lasers à cascade quantique dans l'infrarouge par microscopie optique en champ proche à pointe diffusante

par Paul-Arthur Lemoine

Thèse de doctorat en Optique et photonique

Sous la direction de Yannick De Wilde.


  • Résumé

    Les microscopes en champ proche optique à pointe diffusante conventionnels (aSNOM) se composent généralement de trois éléments indispensables. Une illumination externe de type laser qui permet la génération d’un champ électromagnétique au niveau de la surface de l’échantillon. Une sonde locale de taille sub-longueur d’onde qui diffuse localement les ondes évanescentes présentes sur la surface tout en remplissant son rôle de pointe de microscope à force atomique. Et enfin un détecteur optique. Le tout est supervisé par une électronique de contrôle qui assure l’asservissement de la sonde et ses déplacements. De tels systèmes permettent l’acquisition de la topographie et de la réponse optique d’un échantillon à la longueur d’onde du laser d’excitation avec une résolution proche de 50nm. Nous avons développé un microscope à pointe diffusante opérant dans la gamme d’énergie infrarouge 6µm-12µm et qui fonctionne sans aucune source externe. Dans ce dispositif, baptisé TRSTM (thermal radiation scanning tunnelling microscope), l’échantillon est chauffé jusqu’à une température de 180°C et devient lui-même la source du rayonnement électromagnétique du dispositif. Le TRSTM sonde la densité locale d’états électromagnétiques à la surface de la structure. L’étude d’îlots d’or déposés sur du carbure de silicium (SiC) a permis de révéler par mesure directe la présence de phonons-polaritons sur le SiC et de mettre en évidence la cohérence du rayonnement thermique en champ proche associée à la présence de plasmons de surface sur l’or. Nous avons poussé l’étude en nous intéressant à la dépendance du signal en fonction de la distance pointe – surface et confronté les données expérimenta

  • Titre traduit

    Infrared studies of quantum cascade lasers and thermal emission by apertureless scanning near-field optical microscopy


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    We present a novel setup based on apertureless near-field scanning optical microscopy (ANSOM) designed for detecting infrared thermal radiation at the surface of a photonic structure with a resolution far beyond the diffraction limit which is close to 5µm in the infrared frequencies). This new instrument is a powerful means to obtain optical information with a resolution equal to 100nm. The system is based on a home-made ANSOM. It is an atomic force microscope (AFM) combined with infrared optics. The AFM uses a tungsten tip in tapping mode to provide a topographic image of the sample and to scatter evanescent waves. As the sample is heated by a hot plate, temperature excites thermal radiation from the surface, which is scattered by the AFM tip in the near-field. Light scattered by the tip is then collected and focused on an infrared detector, producing a near field infrared thermal image. We performed observations on gold geometric patterns deposited on a SiC substrate. The sample is heated up to 180°C. We imaged interferences of gold plasmons and demonstrated the first direct experimental proof of the spatial coherence of thermal radiation in near field. We also realized study of the surface of an quantum cascade laser. These devices present an evanescent field at their top surface proportional to the field present inside the cavity. By scattering this evanescent field, our system gives access to the Fabry-Perot interference fringes inside the laser cavity.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-132 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 143 références

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 65419
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