Méthodes de conception et de fabrication de dispositifs imageurs en optique diffractive à structures sub-longueur d’onde

par Victorien Raulot

Thèse de doctorat en Photonique

Sous la direction de Patrick Meyrueis et de Bruno Serio.

Soutenue en 2011

à Strasbourg .


  • Résumé

    Les composants diffractifs à structures sub-longueur d’onde présentent l’avantage de ne nécessiter qu’une seule étape de fabrication et d’atteindre des efficacités de diffraction très élevées, comparables à celles obtenues par des éléments diffractifs à plusieurs niveaux de phase. Ces éléments sont néanmoins plus difficiles à simuler puisque l’approximation scalaire de la propagation électromagnétique n’est plus suffisante. Ils sont également plus difficiles à fabriquer puisque leurs dimensions critiques sont inférieures à la longueur d’onde de la lumière utilisée. Ainsi, le travail de thèse présenté dans ce mémoire concerne la conception, la simulation, la réalisation et la caractérisation d’éléments diffractifs à structures sub-longueur d’onde. Pour modéliser le comportement de la lumière traversant ce type d’éléments, la simulation a été scindée en deux parties : la méthode FDTD a été utilisée pour calculer la propagation électromagnétique en champ proche, c’est à dire autour de l’élément diffractif, et la méthode RSM, méthode modale, pour calculer efficacement la propagation dans l’espace libre. Les premiers composants tests ont été réalisés par nano-lithographie électronique dans une couche mince de résine électro-sensible (SU8), afin de déterminer les structures réalisables avec ce type de dispositif. Ces différents éléments ont ensuite été caractérisés par microscopie à force atomique, électronique, et interférométrique à contrôle de polarisation, fonctionnant en réflexion.

  • Titre traduit

    Design and fabrication method for imaging sub-wavelength diffractive optical elements


  • Résumé

    The sub-wavelength diffractive components have the advantage of requiring only a single manufacturing step. They can achieve very high diffraction efficiencies comparable to those obtained by multi-levels diffractive elements. However, these elements are more difficult to simulate because the scalar electromagnetic propagation approximation is no longer sufficient and besides, they are more difficult to manufacture because their critical dimensions are smaller than the wavelength of the incident light. Thus, the thesis presented concerns the design, the simulation, the realization and the characterization of sub-wavelength diffractive elements. To model the behavior of light passing through such elements, the simulation was split into two parts: the FDTD method was used to calculate the electromagnetic field propagation in the near field, i. E. Around the diffractive element, and the RSM method, which is a modal method, was used to calculate the effective electromagnetic field propagation in free space. The first manufactured tests components were performed by electron beam lithography in a thin layer of an electro-sensitive resin (SU8) to determine the sub wavelength effective diffractive structures achievable with this type of devices. These elements were then characterized by atomic force microscopy, by scanning electron microscopy, and by interferometric microscopy with polarization control, operating in reflection.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (169 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service des bibliothèques. Bibliothèque L'Alinéa.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1187
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