Emission, scattering and localization of light in complex structures : from nanoantennas to disordered media

par Alexandre Cazé

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Rémi Carminati.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .


  • Résumé

    Using nanostructures to confine light allows to increase the interaction between an emitter and electromagnetic radiation. In this thesis, we use a classical formalism (presented in Chap. 1) to describe this interaction in various contexts, that can be gathered in two parts (respectively Parts II and III). First, we study the apparition of localized modes in the near field of complex metallic structures. We study numerically the spatial distribution of the local density of states (LDOS) in the vicinity of two different structures: gold nanoantennas and disordered metallic films. Our results allow us to discriminate between radiative and non-radiative modes. We introduce the concept of cross density of states (CDOS) to quantitatively study the intrinsic spatial coherence associated with the modal structure of a complex medium. We use the CDOS to demonstrate an overall spatial squeezing of the modes near the electric percolation of disordered metallic films. Then, we focus on strongly scattering media. By illuminating such structures by a coherent source, one obtains a chaotic intensity pattern called speckle. First, we use a diagramatic method to demonstrate an anticorrelation between the reflected and transmitted speckle patterns in the case of a diffusive slab in the mesoscopic regime. Then, we study the C0 correlation, that appears the source is embedded inside the medium. We propose a general derivation of the equality between the C0 correlation and the normalized fluctuations of the LDOS, and emphasize the fundamental role of near-field interactions. Finally, we study two-dimensional disordered media in the Anderson localized regime. We observe the strong coupling regime between such a mode and a resonant scatterer, in excellent agreement with theoretical predictions.

  • Titre traduit

    Emission, diffusion et localisation d ela lumière au sein de structures complexes : de la nanoantenne au milieu désordonné


  • Résumé

    Utiliser des milieux nanostructurés pour confiner la lumière permet d'augmenter l'interaction entre un émetteur et le rayonnement électromagnétique. Dans cette thèse, nous utilisons un formalisme classique (présenté au Chap. 1) pour décrire cette interaction dans différents contextes, qui peuvent être regroupés en deux parties (respectivement Parties II et III). Dans un premier temps, nous étudions l’apparition de modes localisés en champ proche de structures complexes. Nous nous intéressons à deux différents types de structures: des nanoantennes d'or et des films d'or désordonnés. Nos résultats nous permettent de discerner les modes radiatifs et non-radiatifs. Nous introduisons le concept de Cross Density Of States (CDOS) pour décrire quantitativement la cohérence spatiale intrinsèque associée à la structure modale d'un milieu complexe. Nous démontrons ainsi une réduction de l'extention spatiale des modes au voisinage de la percolation électrique des films d'or désordonnés. Nous nous intéressons ensuite à des milieux fortement diffusants. En éclairant de telles structures par une source cohérente, on obtient une figure d'intensité complexe appelée speckle. Nous utilisons une méthode diagrammatique pour démontrer une corrélation négative entre les figures de speckle réfléchie et transmise à travers une tranche dans le régime mésoscopique. Nous nous intéressons ensuite à la corrélation C0, qui apparait lorsque la source est enfouie dans le milieu. Nous proposons une démonstration générale de l'égalité entre la corrélation C0 et les fluctuations normalisées de la LDOS, et soulignons le rôle fondamental des interactions de champ proche. Finalement, nous observons numériquement le régime de couplage fort entre un diffuseur résonnant et un mode localisé d'Anderson au sein d'un milieu désordonné 2D.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (159 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.151-159

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Sorbonne Université. Bibliothèque de Sorbonne Université. Bibliothèque Biologie-Chimie-Physique Recherche.
  • Accessible pour le PEB
  • Cote : T PARIS 6 2013 617
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.