Conception et caractérisation de nanoantennes plasmoniques pour la photodétection infrarouge refroidie

par Matthieu Duperron

Thèse de doctorat en Optique et Nanotechnologies

Sous la direction de Renaud Bachelot et de Roch Espiau de Lamaëstre.

Soutenue le 09-12-2013

à Troyes , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube) , en partenariat avec CEA (entreprise) .

Le président du jury était Pierre Viktorovitch.

Le jury était composé de Renaud Bachelot, Roch Espiau de Lamaëstre, Pierre Viktorovitch, Raffaele Colombelli, Jean-Jacques Greffet, Aurélien Bruyant, Mathieu Carras.

Les rapporteurs étaient Raffaele Colombelli, Jean-Jacques Greffet.


  • Résumé

    L’imagerie infrarouge refroidie est portée par une demande forte pour des applications dans les secteurs militaire, industriel et spatial. Les enjeux actuels de ce marché sont le fonctionnement à haute température et la fonctionnalisation spectrale des détecteurs.Ces enjeux peuvent être adressés grâce à l’utilisation de résonateurs optiques et leur faculté à concentrer le champ électromagnétique. Ce travail de thèse montre comment des résonateurs plasmoniques peuvent être intégrés dans la filière HgCdTe.La théorie temporelle des modes couplés a été utilisée, de manière analytique, pour optimiser à travers la condition de couplage critique, l’absorption dans un résonateur plasmonique chargé par un semiconducteur. La conception d’une photodiode HgCdTe ultramince plasmonique est ensuite détaillée. Elle repose sur l’utilisation d’un mode optique résultant du couplage entre un mode plasmon de surface et un mode gap plasmon de cavité

  • Titre traduit

    Design and characterisation of plasmonic nanoantennas for cooled infrared photodetection


  • Résumé

    The market for cooled infrared imaging technologies is growing fast due to a range of applications covering military, commercial and space. Current research for innovative systems focuses on high operating temperature and multispectral detectors.To achieve these aims, optical resonators can be used to concentrate electromagnetic fields in thin absorbing media. This thesis investigates the possibility of using plasmonic resonators for HgCdTe photodetection.Temporal coupled-mode theory is used to optimise analytically the absorption in a plasmonic resonator incorporating an absorbing semiconductor subject to the critical coupling condition. A design of a thin plasmonic HgCdTe diode is then described. This includes a hybrid plasmonic mode arising from the coupling between a surface plasmon and a cavity gap-plasmon mode


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