Éléments de plasmonique

par Jean-Yves Laluet

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Thomas W. Ebbesen.

Soutenue en 2009

à Strasbourg .


  • Résumé

    C'est à la croisée des besoins de miniaturisation de l'optique et de l'avènement des nouvelles technologies que l'optique à base de plasmons de surface (PS) se développe. Le travail présenté dans cette thèse a eu pour but de développer différentes structures et approches pour générer, contrôler et détecter les PS avec l'idée de composer des circuits photoniques hybrides au sein desquels un signal optique est converti en signal plasmonique, manipulé puis reconverti. Les réseaux métalliques de trous sublongueur d’onde, qui ont suscité un vif intérêt suite à la découverte du phénomène de transmission exaltée de la lumière, peuvent également être utilisés comme sources locales de PS. Nous montrons à l’aide d’une modélisation simple et de mesures de champ proche optique comment obtenir des faisceaux PS de grande qualité optique. Des configurations de sources à faisceaux multiples ou unique sont ensuite proposées, et la question de la taille optimale de la structure est traitée. Parallèlement, la question de l'efficacité du couplage de la lumière aux PS est étudiée. Cette étude est menée sur des fentes uniques sublongueur d'onde en analysant les images enregistrées dans le plan Fourier d'un microscope optique à champ de fuite. Une modélisation basée sur une interférence de type Fano permet d'extraire la valeur de l'efficacité de couplage et montre l'existence d’une taille de fente optimale. Enfin, des optiques réfractives sont développées pour contrôler la propagation des PS. Les prismes et lentilles à PS réalisés permettent de dévier et de concentrer le flux plasmonique. Des milieux à gradients d’indice sont aussi obtenus par un contrôle précis des outils de nanofabrication.

  • Titre traduit

    Elements of plasmonics


  • Résumé

    There is a wide range of applications that could take advantage of the high field and confinement of surface plasmons (SPs). Among these, the ongoing research efforts for the implementation of SP based devices into practical photonic networks are motivated by the nature of the surface wave: miniature SP circuits can combine the compactness of an electronic circuit with the bandwidth of a photonic network. In order to implement this idea, components that are able to launch, control, and detect SPs have to be developped. The aim of the work presented here was to investigate possible approaches for these 3 topics. In addition to the work targeting circuits, some of these results are of practical interest for the design of SP standalone devices that can have strong potentialities for the definition of new optical functionalities. Periodic arrays of subwavelength holes can be used as SP sources. We show how high quality SP beams can be launched. Multiple beams as well as single beam output configurations are proposed, and the issue of an optimal source size is addressed. Beyond the adjustability of the beam profile, we also study the coupling efficiency of light to SP at the level of a single subwavelength slit source. Fano-type interference analysis is carried out in the Fourier plane of the leakage radiation microscope used for measurements in order to quantify the SP generation strength. An optimum source size is found. The next logical step is to get control over propagating SPs. Refractive optics analogous to classical optical components (prism, lens) as well as gradient index media for SPs are developed. They allow to steer and focus the plasmonic flux.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (228 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 213-225

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Danièle Huet-Weiller.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2009;0179
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