Dissertations / Theses: 'Sub-Longueur d'onde'

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Colas, Des Francs Gérard. "Optique sub-longueur d'onde et fluorescence moléculaire perturbée." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002498.

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Abstract:

Interaction du champ proche optique avec une unique molecule fluorescente. Mise en place d'un formalisme couplant équations de Bloch optiques et susceptibilité du champ permettant de décrire la fluorescence déclenchée en champ proche. Application à l'interprétation d'images obtenus avec des microscopes en champ proche à sonde moléculaire (PSTM et SNOM). En particulier, mise en évidence du rôle de la densité locale d'états photoniques (LDOS) dans la formation des images. Introduction d'un nouveau concept de guide optique sub-longueur d'onde pour l'adressage moléculaire en géométrie coplanaire.

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Colas, des Francs Gérard. "Optique sub-longueur d'onde et fluorescence moléculaire perturbée." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30095.

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Abstract:

Ce travail de thèse traite l'interaction du champ proche optique avec une molécule fluorescente. La première partie aborde cette étude à partir du modèle phénoménologique de l'électron élastiquement lié. La notion de susceptibilité du champ est introduite au cours du premier chapitre. Il s'agit d'un tenseur qui décrit le champ électrique engendré en tout point d'un système par un dipôle oscillant. Ce tenseur permet de plus d'expliciter la perturbation de la fluorescence de la molécule par son environnement. Cela nous conduit à caractériser ensuite les images obtenues avec deux types de configurations de microscopes en champ proche optique utilisant une sonde moléculaire soit comme détecteur soit comme émetteur. En particulier, le rôle de la densité locale d'états photoniques dans la formation des images est clairement établi. .
We propose here to study near-field optics interaction with a fluorescent molecule. In the first part, we use the Drude-Lorentz model to describe the fluorescent signal in confined geometry. That leads us to introduce the field-susceptibility formalism. The field-susceptibility is a tensor which gives the electric field scattered by an oscillating dipole, taking into account the surroundings influence. Then, we apply this formalism to two configurations of scanning near-field optical microscopes using a single fluorescent molecule probe as a detector or a light source. In particular, we precise the role of the local density of states in the images formation. .

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Vincent, Grégory. "Réseaux métalliques sub-longueur d'onde, applications à l'optique infrarouge." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00433294.

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Abstract:

Les interactions lumière-matière à l'échelle sub-longueur d'onde, mettant notamment en jeu l'excitation de plasmons de surface dans les nanostructures métalliques, offrent de nouvelles perspectives pour la conception de systèmes optiques infrarouges. Elles permettent des fonctions optiques innovantes, miniaturisées et intégrables au voisinage d'une puce de détection. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré deux concepts pour l'infrarouge. Nous avons proposé de réaliser une transmittance optique modulée spatialement en amplitude et en phase, en utilisant une mosaïque de réseaux métalliques sub-longueurs d'onde de différentes géométries (largeur de fente, période). Les calculs et les mesures de la transmission optique de réseaux individuels, en amplitude et en phase, montrent que le mécanisme non résonant permet une utilisation sur une large bande spectrale. Nous donnons l'exemple de la reconstitution d'une sinusoïde 2D pouvant servir d'objet diffractif dans une application d'analyse de surface d'onde. Le deuxième concept est basé sur l'exaltation des résonances dans des réseaux métalliques suspendus pour réaliser des filtres spectraux dans les bandes II et III de l'infrarouge. Le développement d'un procédé de fabrication original a permis d'obtenir des membranes percées de grandes dimensions. Une transmission optique quasi-totale a été mise en évidence, conformément aux prédictions théoriques. Les résultats obtenus à l'aide d'une micro-caméra multi-voies intégrant une matrice de 11 filtres opérant sur la bande II (2,5 μm - 5 μm) confirment le potentiel des réseaux sub-longueurs d'onde pour des applications de spectro-imagerie.

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Levesque, Quentin. "Conception de micro-optiques par structuration sub-longueur d'onde." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2014. https://theses.hal.science/tel-01086505/document.

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Abstract:

Un composant optique modifie l’amplitude, la phase ou la polarisation d’une onde élec- tromagnétique incidente. Ma thèse consiste à développer des composants optiques pour l’infrarouge à base de nanostructures sub-longueur d’onde. La possibilité de leur intégration au plus près des matrices de détecteurs permet de réduire l’encombrement des systèmes op- tiques tout en augmentant leur robustesse aux contraintes mécaniques. J’ai développé d’une part deux dispositifs de contrôle de la phase reposant sur des nanofentes déphasantes ou diffractives permettant, par exemple, de réaliser des lentilles planes à l’échelle de la longueur d’onde. J’ai également démontré le potentiel de ces dispositifs pour la conception de com- posants plans aux fonctions optiques nouvelles telles que les combinaisons des fonctions de filtrage ou de prisme avec celle d’une lentille. D’autre part, j’ai développé, fabriqué et carac- térisé des métasurfaces à base de réseau d’antennes plasmoniques sub-longueur d’onde pour le contrôle spatial et spectral de la polarisation. En particulier, j’ai réalisé un convertisseur de polarisation linéaire en réflexion, efficace et large bande dans l’infrarouge
An optical device modifies the magnitude, the phase or the polarization state of the incident light. My thesis consists in developing optical components in infrared range based on sub-wavelength nanostructures. The possibility to integrate them directly on the top of the array of detectors leads to an improvement of the compactness of the optical device and a better robustness relatively to mechanical stresses. First, I have developed two kinds of devices to control the phase based on phase shifting or diffractive nanoslits that permit for example to conceive planar lenses at the wavelength scale. Besides, I have also demonstra- ted, based on these devices, new optical functions such as the combination of a filtering or a prism function with a lens function. Second, I have conceived, fabricated, and characterized metasurfaces based on array of sub-wavelength plasmonic antennas in order to control spa- tially and spectrally the polarization. In particular, I have realized a wide band and efficient linear polarization converter used in reflection in the infrared range

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Kaïna, Nadège. "Métamatériaux localement résonants : cristaux photoniques et phononiques sub-longueur d'onde." Sorbonne Paris Cité, 2016. http://www.theses.fr/2016USPCC113.

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Abstract:

Cette thèse traite du contrôle de la propagation des ondes, électromagnétiques et acoustiques, à l'échelle sub-longueur d'onde dans les métamatériaux localement résonants. Ces derniers sont des matériaux composites composés d'ensembles de résonateurs agencés sur des périodes très petites comparées aux longueurs d'ondes caractéristiques de résonance. Ils sont en général considérés comme des milieux homogènes aux propriétés effectives. Nous prouvons que, au-delà de ces approches communes d'homogénéisation, les propriétés de la plupart des métamatériaux peuvent être réinterprétées à lumière d'une approche microscopique. Celle-ci permet de mettre en évidence que la propagation des ondes dans ces métamatériaux résulte de phénomènes physiques analogues à ceux mis en jeu dans les cristaux photoniques/phononiques : des interférences et de la diffusion multiple. Nous prouvons alors que les concepts de manipulation des ondes développés dans les cristaux photoniques, sont transposables aux métamatériaux, bénéficiant alors des avantages de la structuration sub-longueur d'onde. Nous montrons que des modifications locales du milieu induisent la formation de cavité et guides d'ondes confinant et guidant le champ sur des dimensions arbitrairement plus petites que la longueur d'onde. Nous étudions la capacité de ces guides à manipuler le flux d'onde spatialement et temporellement. Nous soulignons enfin l'importance de la structure microscopique des métamatériaux, jusque-là toujours négligée. Nous prouvons qu'un métamatériau dit simplement négatif (avec une seule propriété effective négative) peut présenter un indice de réfraction négatif simplement en le structurant ingénieusement
This thesis deals with the control of the wave propagation at deep sub-wavelength scales in locally resonant metamaterials. Those composite media are composed of small resonators arranged on spatial scales much smaller than their typical wavelength at resonance. They are hence generally considered as homogeneous media and described with effective parameters. We here prove that, going beyond those homogenization approaches, the properties of most metamaterials can be reinterpreted at the light of a microscopic approach. The latter evidences that the wave propagation in metamaterials only results from phenomenon analog to what happens in photonic/phononic crystals: namely interferences and multiple scattering. We hence demonstrate that concepts developed for wave manipulation in photonic/phononic crystals can be transposed in metamaterials while taking advantage of the latter sub-wavelength spatial organization. For instance, locally modifying the medium, at the scale of the unit celé, creates cavities and waveguides confining and guiding waves on dimensions that are independent of the wavelength. We further study the possibility offered by those waveguides to both mold and slow down the flow of waves. We finally highlight the importance of the spatial subwavelength structuration of metamaterials due to the presence of multiple scattering. We prove that a so-called single negative metamaterial (presenting only one negative effective property) can be turned into a double negative one (hence presenting a negative index of refraction), simply by smartly organizing the building blocks of the metamaterial, at scales much smaller than the wavelength

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Yves, Simon. "Métamatériaux cristallins : du motif sub-longueur d'onde au comportement macroscopique." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCC226.

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Abstract:

Les matériaux tirent beaucoup de leurs propriétés de l'interaction entre leurs constituants et une onde. Ceci est principalement conditionné par deux caractéristiques: la composition et l'arrangement structurel. Cette interdépendance est précisément décrite par la physique du solide. Ceci a ensuite motivé la découverte des matériaux composites dont les caractéristiques découlent à nouveau de ces deux critères. Ils se divisent en deux catégories. La première est celle des cristaux photoniques/phononiques, qui tirent leurs propriétés de leur arrangement périodique. La seconde catégorie est celle des métamatériaux, dont les propriétés proviennent de l'interaction de leurs constituants avec les ondes. Les effets de structure sont généralement négligés dans la description de ces milieux et ils sont considérés comme étant des milieux homogènes avec des paramètres effectifs. Ces deux types de systèmes semblent donc a priori très différents du point de vue de l'interaction avec les ondes. Dans cette thèse, nous nous intéressons au cas des métamatériaux localement résonant, c'est-à-dire à ceux dont la cellule unité est un résonateur sub-longueur d'onde. Au lieu de les considérer comme des milieux homogènes effectifs, l'idée est de partir des caractéristiques de la cellule unité du milieu ainsi que de son arrangement spatial afin d'obtenir ses propriétés macroscopiques. Cette approche microscopique permet d'appréhender conjointement les effets de structure et de composition. Ceci est décrit dans le chapitre I, où nous introduisons le concept de polariton dont la relation de dispersion présente une bande liée à des modes sub-longueur d’onde, et une bande interdite d’hybridation. Dans le chapitre II, nous tirons parti cette dernière afin d’induire un couplage localisé entre des défauts résonants qui est similaire au terme de saut que l'on retrouve au sein des Hamiltoniens tight-binding de physique du solide. Nous reproduisons ainsi les structures de bande du graphène et du réseau « dice », ce qui nous permet de mesurer des cônes de Dirac au sein du système. Dans le chapitre III, nous introduisons le concept des métamatériaux cristallins, ce qui revient à considérer ces milieux comme des cristaux photoniques/phononiques, mais à une échelle très petite devant la longueur d'onde de travail. Cela nous permet d’induire une bande négative dans le système mais aussi une bande relativement plate, et des cônes de Dirac. Dans le chapitre IV nous brisons ces cônes en réalisant un analogue de l’effet Hall quantique de Vallée, ce qui revient à modifier conjointement la structure et la composition de la cellule unité. Dans le chapitre V nous brisons encore une fois ces cônes afin de d’induire des propriétés topologiques dans le milieu et de créer un analogue macroscopique d’un isolant topologique de spin
Many material properties arise from the interaction between their constituents and a wave. This is mainly conditioned by two characteristics: the composition and the structural arrangement. This interdependence is precisely described by condensed matter physics. This motivated the discovery of composite materials whose characteristics also stem from these two criteria. They divide in two categories. The first is the photonic/phononic crystals, whose properties are linked to their periodic arrangement. The second category is the one of metamaterials, whose properties come from the interaction of their constituents with the waves. The structural effects are generally neglected in the description of these media and they are considered to be homogeneous media with effective parameters. These two types of systems seem very different from the point of view of the interaction with the waves. In this thesis, we focus on locally resonant metamaterials, whose unit cell is a sub-wavelength resonator. Instead of seeing them as effective homogeneous media, the idea is to start from the characteristics of the unit cell of the medium as well as from its spatial arrangement in order to obtain its macroscopic properties. This microscopic approach makes it possible to jointly apprehend the effects of structure and composition. This is described in Chapter I, where we introduce the concept of polariton whose dispersion relation has a band linked to subwavelength modes, and a hybridization bandgap. In Chapter II, we use the latter to induce a localized coupling between resonant defects that is similar to the hopping term found in tight-binding solid-state physics Hamiltonians. We reproduce the band structures of graphene and of the dice lattice, which allows us to measure Dirac cones within the system. In Chapter III, we introduce the concept of crystalline metamaterials, which amounts to seeing these media as photonic/phononic crystals, but on a very small scale compare to the operating wavelength. This allows us to induce a negative band in the system but also a relatively flat band, and Dirac cones. In Chapter IV we break these cones by creating an analogue of the quantum Hall effect of Valley, which amounts to jointly modifying the structure and composition of the unit cell. In Chapter V we again break these cones in order to induce topological properties in the medium and to create a macroscopic analogue of a topological isolator

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Tuambilangana, Christelle. "Conception et caractérisation de structures sub-longueur d'onde pour l'infrarouge." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC249.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse portent sur la conception de structures sub-longueur d'onde pour l'optique infrarouge. Deux approches se distinguent. En premier lieu, j'ai étudié une méthode indirecte de caractérisation optique applicable à des structures sub-longueur d'onde considérées comme des matériaux homogènes : elle consiste à mesurer par spectroscopie infrarouge les intensités diffractées par des réseaux de période très grande devant la longueur d'onde, et constitués du matériau à caractériser. J'ai mis en oeuvre cette méthode dans le but de la valider en déterminant l'indice de réfraction complexe du nitrure de silicium. J'ai également proposé d'appliquer cette méthode à des nanomatériaux artificiels dans le but de caractériser leur anisotropie et de mettre en évidence le phénomène de dispersion spatiale spécifique au domaine sub-longueur d'onde, dont dépendent étroitement les propriétés optiques. Dans un second temps, j'ai introduit un formalisme matriciel pour concevoir des filtres infrarouge passe-bande sur substrat. Dans ce cas, les propriétés optiques des structures sub-longueur d'onde métal-diélectriques étudiées sont dues à des résonances de modes guidés résultant de l'interaction complexe de plusieurs ordres diffractés entre eux. Ce formalisme permet de modéliser la réponse optique des filtres, et de définir un critère de symétrie. J'ai finalement montré qu'il est possible de concevoir des filtres symétriques sur substrat, et par là même d'optimiser leur réponse optique en termes de maximum de transmission, de facteur de qualité, de tolérance angulaire et d'efficacité de réjection
This work aims at designing infrared optical components based on subwavelengt structures. Two different approaches can be followed. Firstly, I studied an indirect optical characterization method suitable for subwavelength structures considered as homogeneous materials : it consists in measuring the intensities diracted by gratings with periods much larger than the wavelength, the gratings being made of the materials to be characterized. I have implemented this method to determine the complex refractive index of silicon nitride as a validation. Moreover, I have shown that applying this method to articial nanomaterials would allow to characterize their anisotropy and would permit to evidence the spatial dispersion phenomenon speficic of the subwavelength domain, both being very important to understand the optical properties. Secondly, I introduced a matrix formalism to design infrared band-pass filters on substrate. The optical properties of the metal-dielectric subwalength structures considered in that case are due to guided-mode resonances originating from complex interactions between diffracted orders. This formalism allows to model the optical response of these filters ; a symmetry criterion is also formulated. I have finally shown that symmetric Iters on substrate can be designed with an optimal optical response valued with respect to the transmission maximum, the quality factor, the angular tolerance and the rejection

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Rupin, Matthieu. "Cavité réverbérante et résonateurs sub-longueur d'onde : approches numériques et expérimentales." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY082/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse se décompose en deux parties. Tout d'abord, nous présentons une nouvelle technique de focalisation d'ondes avec un seul émetteur en cavité réverbérante (FIM) en profitant d'un algorithme inspiré du filtre inverse. Via l'étude expérimentale de cavités réverbérantes dans le domaine des ultrasons, nous démontrons la capacité du FIM à optimiser la focalisation quelle que soit le type de cavité (de type ergodique ou non). Dans une deuxième partie, la propagation d'ondes élastiques dans un système formé par un ensemble de tiges d'aluminium collées sur une plaque mince de même nature, est étudiée. Ces tiges (résonateurs quasi-ponctuels) sont arrangées de façon périodique ou aléatoire sur une échelle sub-longueur d'onde. Le métamatériau ainsi constitué révèle la présence de larges bandes de fréquences interdites. De plus, la coexistence de résonances de flexion et de compression dans les résonateurs, ajoutée à la présence d'une conversion d'une partie de l'énergie du mode A0 vers le mode S0 dans la plaque, crée une grande complexité du champ d'onde. C'est ce qui fait de ce type de métamatériau, des objets tout à fait singuliers à l'échelle mésoscopique
This thesis is divided into two parts. First, we present a new technique for focusing waves with one emitter in reverberant cavity (OCIF) inspired by inverse filter algorithm. Through the experimental study of reverberant cavities in the field of ultrasound, we demonstrate the ability of the OCIF to optimize the focusing no matter what type of cavity (ergodic type or not). In a second part, we investigate the propagation of elastic waves in a system formed by a set of aluminum rods glued to a thin plate of the same material. These rods form a set of quasi-punctual resonators in the propagation plane of waves. It is possible to arrange them periodically or randomly on a subwavelength scale. The metamaterial thus formed shows a complex wave field within it, including the presence of wide prohibited frequency ranges (bandgaps). The experimental and numerical approaches described in this manuscript show the existence of both flexural and compressional resonances in the resonators. Added to the presence of a conversion of a portion of the energy from the $A0$ Lamb mode to the $S0$ one in the plate, such a complexity makes this type of metamaterials, quite unusual objects at the mesoscopic scale

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Strupiechonski, Élodie. "Confinement photonique extrêmement sub-longueur d'onde pour les lasers à cascade quantique térahertz." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00943200.

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Abstract:

Les deux grands défis actuels pour l'optoélectronique térahertz (THz) sont d'une part, le besoin de miniaturiser les sources de rayonnement térahertz, et d'autre part, la nécessité d'améliorer leurs performances actuelles. Parmi les sources de rayonnement térahertz existantes, le laser à cascade quantique (QCL) est à ce jour le meilleur candidat pour remplir ces critères. Afin d'y parvenir, il faut cependant apporter des solutions aux verrous qui limitent la miniaturisation des QCLs THz. Le premier est d'ordre fondamental, et tient au fait que les dimensions des cavités photoniques usuelles sont soumises à la limite de diffraction. Le second verrou provient du fait que la recherche de compacité des sources se traduit généralement par la détérioration de leur puissance optique de sortie et de la directionnalité du faisceau laser. Une nouvelle famille de résonateurs THz métal - semiconducteur - métal (M-SC-M) est présentée de façon théorique et expérimentale. Ces dispositifs, inspirés des oscillateurs électroniques LC, ont permis d'atteindre un volume effectif record Veff=LxLyLz/λeff=5.10−6, où Lx,y,z sont les dimensions de la cavité et λeff est la longueur d'onde de résonance dans le cœur du résonateur (GaAs). Ces résonateurs hybrides photoniques-électroniques ont la particularité d'être libérés de la limite de diffraction dans les trois dimensions spatiales, et bénéficient pour la première fois de toutes les fonctionnalités habituellement réservées aux dispositifs électroniques. Une application aux polaritons inter-sousbandes THz a permis d'obtenir des résultats à l'état de l'art, démontrant d'une part que ces résonateurs hybrides conservent leurs propriétés photoniques, et d'autre part qu'ils permettent un couplage lumière-matière fort. En parallèle de ce travail, la faisabilité d'un QCL THz avec une région active extrêmement fine est démontrée expérimentalement. Une étude systématique des caractéristiques du laser en fonction de l'épaisseur de la région active (Lz) a permis la réduction de Lz=10 μm (≈λeff/2,7) jusqu'à la valeur record de Lz=1,75 μm (≈ λeff/13) dans une cavité Fabry-Pérot M-SC-M. Malgré l'augmentation des pertes optiques, l'effet laser est obtenu au-dessus de la température de l'azote liquide (78 K) pour la région active la plus fine. Ces résultats sont très encourageants pour le développement de régions actives plus performantes, et permettent d'envisager le développement de micro-cavités lasers avec des volumes effectifs extrêmement sub-longueur d'onde. Les perspectives de ce travail de thèse s'étendent de l'électrodynamique quantique en cavité au nanolaser. Les applications potentielles varient énormément en fonction de la configuration des résonateurs hybrides. Ils peuvent être utilisés comme des éléments passifs pour la détection, ou encore comme des éléments actifs tels que des antennes. Enfin, l'utilisation d'une région active fine en combinaison avec un résonateur hybride devrait permettre d'obtenir un QCL THz ultra-compact libéré de la limite de diffraction, tout en introduisant pour la première fois la possibilité d'accorder la fréquence du laser en adaptant l'impédance complexe équivalente de la combinaison d'éléments LC.

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Le, Perchec Jérôme. "Localisations et exaltations de la lumière dans des structures métalliques sub-longueur d'onde." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10014.

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Abstract:

Ce travail de thèse, essentiellement théorique et basé sur une approche modale, porte sur les propriétés optiques de surfaces métalliques comportant un certain nombre de gravures de profil rectangulaire dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière incidente. Ces surfaces présentent des anomalies de réflexion liées à des exaltations locales du champ électromagnétique, dues notamment à des résonances de type Fabry-Pérot à l'intérieur des sillons. L'analyse du problème d'un couple de cavités sub-longueur d'onde, couplées en champ proche, montre comment on peut générer des "points chauds" et contrôler la localisation de la lumière à l'échelle sub-longueur d'onde. Les applications sont de première importance: commutation optique, adressage quantitatif de la lumière, diffusion Raman exaltée en surface (SERS). . . On s'intéresse également aux effets de localisations liés au désordre structurel: la rupture de symétrie d'un arrangement périodique génère différents jeux d'allumage des cavités, très sensibles à la fréquence d'excitation. Certaines prédictions théoriques sont étayées expérimentalement. Enfin, le cas des réseaux lamellaires très fortement sub-longueur d'onde est examiné, en lien avec l'Absorption Optique Anormale et l'effet SERS observés sur certains films métalliques rugueux. Les exaltations géantes du champ électrique, calculées dans les nano-cavités par la méthode modale exacte, dans le domaine visible, s'expliquent par l'excitation de plasmons-polaritons de surface dont les vecteurs d'onde sont très supérieurs à ceux de la lumière
This thesis presents theoretical works based on a modal approach, about the optical properties of metallic surfaces with rectangular grooves whose dimensions are smaller than the wavelength of the incident light. These surfaces show reflection anomalies related to local enhancements of the electromagnetic field, due to, in particular, Fabry-Pérot like resonances inside the grooves. The problem of two near-field coupled sub-wavelength cavities is analysed. Hot spot phenomena occur, and we show how to control the localization of light at sub-wavelength scales. The results could find important applications: optical switching, quantitative light addressing, surface enhanced Raman scattering (SERS). . . We also study the localization effects due to structural disorder: breaking the symmetry of periodic arrangements, different lighting configurations may appear, very sensitive to the excitation frequency. Some theoretical predictions are evidenced experimentally. Finally, we deal with the case of very sub-wavelength lamellar gratings, in connection with the Abnormal Optical Absorption and the SERS effect observed for some rough metallic films. Giant enhancements of the electric field, calculated inside nano-cavities with the exact modal method, in the visible region, are explained by the excitation of surface plasmons-polaritons whose wave vectors are much larger than those of light

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Bigeon, John. "Propagation sub-longueur d'onde au sein de nanotubes et nanofils polymères passifs et actifs." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S075/document.

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Abstract:

Dans le domaine de la nanophotonique, la compréhension des phénomènes optiques liés au guidage sub-longueur d'onde dans des structures pleines (nanoﬁls) ou creuses (nanotubes) est un enjeu prioritaire. L'objectif de cette thèse a porté sur l'étude de la propagation lumineuse au sein de nouveaux guides d'onde nanométriques passifs et actifs. Pour cela, des nanoﬁls et nanotubes à base de polymère ont été conçus et élaborés par méthode wetting template. Aﬁn de caractériser leur comportement optique et en particulier la propagation sub-longueur d'onde, de nouveaux outils expérimentaux et numériques ont été développés. La modélisation des phénomènes propagatifs dans ces nanoﬁbres a été eﬀectuée par la méthode numérique FDTD. Les eﬀets de la géométrie de ces nanoﬁls et nanotubes, de par leurs dimensions (diamètres externe et interne pour les nanotubes) et du substrat sur le comportement propagatif et le niveau des pertes ont en particulier été déterminés. Sur le plan expérimental, deux types de nanoﬁbres on été utilisés : - des nanoﬁbres "passives" à base de polymère SU8 et - des nanoﬁbres "actives" comportant un polymère guidant la lumière et un luminophore servant de source à l'échelle nanométrique. Pour l'étude des nanoﬁbres de SU8, l'injection directe a été réalisée par le biais d'une ﬁbre optique microlentillée. Un résultat marquant est l'évaluation des pertes optiques mesuré par la méthode cut- back autour de 1,25 dB/mm pour des nanotubes aux diamètres externes et internes respectivement de 240 nm et 120 nm. Cette évaluation de pertes optiques apparaît très compétitif comparativement à d'autres systèmes actuellement envisagés pour la nanophotonique intégrée. Concernant les nanoﬁbres actives qui comportent des luminophores (cluster organométalliques ou polymère ﬂuorescent PFO), nos études ont validé l'excitation du mode propre par caractérisation dans l'espace de Fourier. Nos résultats ont montré le potentiel de ces nanoﬁbres organiques comme briques pour la nanophotonique
In the ﬁeld of nanophotonics, the understanding of optical phenomena related to sub-wavelength guiding in ﬁlled structures (nanowires) or hollow (nanotubes) is a priority. The objective of this thesis focused on the study of light propagation in new passive and active nanoscale waveguides. For this, nanowires and nanotubes based polymer has been designed and developed by template wetting method. To characterize their optical behavior and in particular the sub-wavelength propagation, new numerical and experimental tools have been developed. Modelling phenomena propagating in these nanoﬁbers was performed by the numerical FDTD method. The eﬀects of the geometry of these nanotubes and nanowires, by their size (outer and inner diameter for nanotubes) and propagating on the substrate and the behavior of losses have been determined in particular. Experimentally, two types of nanoﬁbers have been used: - "passive" nanoﬁbers based on SU8 polymer and - "active" polymer nanoﬁbers having a waveguiding polymer and a luminophor as a source at nanoscale. To study nanoﬁbers SU8, direct injection was performed through an microlensed optical ﬁber. A striking result is the assessment of optical losses measured by the cut-back around 1.25 dB/mm for nanotubes to external and internal diameters respectively 240 nm and 120 nm. This assessment of optical losses appear very competitive compared to other systems currently envisaged for integrated nanophotonics. Regarding the active nanoﬁbers which comprise luminophors (organometallic cluster or ﬂuorescent polymer PFO), our studies have validated the excitation of mode by characterization in Fourier space. Our results showed the potential of organic nanoﬁbers as bricks for nanophotonics

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Gay, Guillaume. "Atomes et Nanostructures: Dispositif de lithographie atomique et Réponse Optique d'ouvertures sub-longueur d'onde." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00154594.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la manipulation d'atomes à l'aide d'objets
nanostructurés. Deux études expérimentales liées à cette
thématique ont été menées. La première a été consacrée à la mise
en place d'un jet de césium intense refroidi transversalement par
mélasse optique et à sa caractérisation. Cette souce a été
appliquée à la lithographie atomique de film d'or \emph{via} des
monocouches moléculaires auto-assemblées. Après une
caractérisation des différentes étapes du procédé, nous avons
employé des masques matériels pour graver des motifs de taille
sub-micrométrique sur la surface d'or. Nous avons obtenu des
trous de 250 nm de diamètre, cette résolution étant limitée par la
taille des masques employés.

Le deuxième ensemble d'expériences concerne la réponse optique
d'ouvertures sub-l'ongueur d'onde dans des films minces
métalliques. Nous avons d'abord mis en place un dispositif
d'imagerie par microscopie de fluorescence qui nous a permis de
cartographier le champ lumineux mis en forme par une fente \SLO
entourée par des sillons périodiques. Pour mieux comprendre les
méchanismes en jeu dans la transmission de la lumière par ces
éléments, les propriétés de structures simples on été étudiées par
interférométrie en champ lointain. Les résultats quantitatif
obtenus permettent une description phénoménologique des procédés
élémentaires en jeu dans ces éléments qui peut être comparée aux
modèles théoriques.

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Portier, Benjamin. "Concepts 2D et 3D de résonateurs sub-longueur d'onde pour application à la photodétection." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00933300.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse ont porté sur les photodétecteurs quantiques pour le proche infrarouge. Pour améliorer les performances de ces détecteurs (propriétés spectrales et sensibilité au bruit thermique), nous avons étudié des concepts originaux intégrant des nanorésonateurs 2D et 3D. Dans un premier temps, afin de faciliter l'analyse numérique de ces structures, nous avons développé un nouveau code de simulation spécifique aux résonateurs 3D, basé sur la technique d'intégration finie. Les matrices associées aux équations sont creuses, ce qui permet d'avoir recours à des algorithmes spécifiques pour accélérer les calculs. Dans un deuxième temps, nous avons proposé deux concepts de photodétecteurs : 1. Nous avons étudié un concept de photodétecteur non refroidi, basé sur la détection à 2 photons dans de l'arséniure de gallium. Ce matériau semiconducteur n'absorbe pas de photons individuels de longueur d'onde supérieure à 900 nm ; en revanche des effets non linéaires permettent l'absorption des photons par paire, avec toutefois une probabilité très faible. L'intégration de cavités résonantes nanostructurées dans ces détecteurs permet un gain sur cette absorption de plusieurs ordres de grandeur, en confinant le rayonnement dans un faible volume de semiconducteur. Cela a pu être démontré numériquement et expérimentalement, avec la fabrication et la caractérisation d'un démonstrateur. 2. En parallèle, nous avons travaillé sur la réduction du bruit dans des photodétecteurs à base d'arséniure d'indium gallium. Dans ces détecteurs, le bruit est lié essentiellement au courant d'obscurité du détecteur, et peut être réduit en diminuant le volume de semiconducteur. Là encore, nous avons cherché à compenser l'absorption plus faible du rayonnement à l'aide de cavités résonantes nanostructurées. Celles-ci induisent notamment une localisation importante de la génération des photoporteurs dans le semiconducteur. Ce concept a fait l'objet d'un dépôt de brevet.

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Estruch, Thomas. "Extinction extraordinaire par superposition en champ proche de filtres élémentaires nanostructurés : Mise en évidence, théorie et application au filtrage infrarouge." Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077158.

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Abstract:

Les objets structurés à l'échelle sub-longueur d'onde sont le siège d'interactions lumière-matière permettant d'obtenir des résonances d'amplitude extraordinaire localisées spectralement. Ils permettent ainsi la réalisation de filtres spectraux dans l'infrarouge. Pour améliorer les performances de ces filtres et ce, notamment en termes d'efficacité de réjection, j'ai étudié au cours de ma thèse la superposition de structures sub-longueur d'onde identiques mettant en jeu des modes évanescents et propagatifs. J'ai ainsi mis en évidence la présence d'une extinction extraordinaire de la transmission ou de la réflexion lorsque les structures sont en champ proche. L'origine de ce phénomène est révélée dans ce manuscrit grâce à la mise en place d'une approche heuristique basée sur la formule de Mason et la traduction des interactions entre les modes propagatifs et évanescents en graphes de fluence. J'ai ainsi pu établir des règles de conception qui ouvrent la voie vers le design de structures filtrantes hautes performances à forte efficacité de réjection hors bande passante. De manière à valider cette étude théorique, j'ai conçu et fabriqué une structure encapsulée dans du diélectrique qui a permis de démontrer la fonction d'amélioration de l'efficacité de réjection dans les structures superposées. Parallèlement, j'ai cherché à étudier l'agilité spectrale de cette extinction extraordinaire en superposant dynamiquement deux structures filtrantes par le biais d'actionneurs piézoélectriques. Véritable challenge expérimental, ce banc a nécessité la mise en place d'une procédure d'alignement originale des réseaux sub-longueur d'onde pour une mise en champ proche par assemblage
Devices structured to the sub-wavelength scale are the subject of light-matter interactions that enable spectrally localized resonances with extraordinary amplitude. Thus, they allow the realization of spectral filters in the infrared range. To improve those filters performances and more particularly regarding the rejection efficiency, I have studied during my PhD the superposition of identical sub-wavelength structures that bring propagative and evanescent modes into play. This way, I have evidenced the presence of an extraordinary extinction of either the transmission or the reflection when the structures are in near-field. The extraordinary extinction's origins is revealed in the manuscript using a phenomenological approach based on the combination of Mason's rule with signal flow graphs that translate interactions between propagative and evanescent modes. This way, I have been able to establish conception rules that pave the way to the design of high performances filtering structures with strong rejection efficiency out of the band pass. To be able to confirm this theoretical study, I have then designed and built a structure encapsulated into dielectric which has allowed to demonstrate the improvement on the rejection efficiency for cascaded structures. At the same time, I tried to investigate the spectral agility of the extraordinary extinction by dynamically superimposing two filtering structures using piezoelectric actuators. True experimental challenge, this optical bench has required the development of an original alignment protocol to be able to assemble the two sub-wavelength gratings in near field

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Chevallier, Christ-Yves. "Conception de miroirs à réseau sub-longueur d'onde pour application VCSEL dans le moyen infrarouge." Phd thesis, Supélec, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01024257.

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Abstract:

Les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) à base d'antimoniures dans le moyen infrarouge permettent le développement et l'amélioration d'applications telles que la détection de gaz polluants. De nouveaux miroirs à réseaux à haut contraste d'indice (HCG) ont montré un pouvoir réflecteur comparable voire supérieur aux miroirs de Bragg conventionnels avec un gain d'épaisseur d'un facteur 10 tout en offrant un effet polarisant. L'insertion de ce nouveau type de miroir au sein d'une structure VCSEL présente ainsi des avantages prometteurs pour améliorer les propriétés de ces composants pour une émission dans le moyen infrarouge. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse concerne la conception de miroirs HCG qui répondent aux exigences d'une intégration VCSEL en prenant en compte les contraintes technologiques et la tolérance aux erreurs de fabrication. Pour cela, dans un premier temps, un algorithme d'optimisation global a été combiné à une méthode de simulation numérique de réseaux (RCWA) afin d'automatiser la conception de miroirs. L'étude précise des tolérances des paramètres géométriques du réseau a été menée pour pouvoir ensuite développer un algorithme d'optimisation robuste. Cet algorithme permet ainsi d'obtenir non seulement un miroir répondant aux exigences de réflectivités définies par l'utilisateur mais également de conserver ces performances pour de larges gammes de tolérances. Enfin, dans une dernière partie, l'intégration du miroir à réseau dans un VCSEL a été simulée par une méthode aux différences finies (FDTD) pour étudier le fonctionnement d'un composant complet.

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Pang, Chengxin. "Contribution à l'étude de composants optiques intégrés passifs et actifs : couplage et cartographie optiques sub-longueur d'onde." Troyes, 2008. http://www.theses.fr/2008TROY0029.

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Abstract:

Aujourd’hui, l’optique intégrée permet de réaliser différentes fonctions ; modulation, guidage, amplification et ce sur des dimensions de plus en plus réduites grâce aux technologies comme la technologie SOI (Silicon On Insulator) ou la technologie III-V. Considérée d’abord comme une technique d’observation, la microscopie optique de champ proche (SNOM) s’est ces dernières années considérablement développée pour devenir un outil de caractérisation à part entière comme cela a été démontré au laboratoire sur des structures SOI observées en amplitude et en phase (SNOM hétérodyne). Cette thèse se situe dans la continuité de ces travaux avec à la fois une composante instrumentale et l’étude de nouveaux échantillons. Elle a eu d’abord pour objectif d’améliorer le dispositif s-SNOM hétérodyne afin de permettre la caractérisation de guides monomodes en silicium nanostructuré (poreux) pour lesquels des problèmes de stabilité d’injection avaient été mis en évidence. Ceci nous a amené à travailler plus généralement sur la problématique du couplage dans des guides sub-longueurs d’onde. Une technique de couplage efficace en champ proche a été développée sur la base de micropointes polymères ajustables. Parallèlement à l’approche hétérodyne, une nouvelle approche s-SNOM simplifiée dite Trans-SNOM utilisant la lumière transmise par la structure pour détecter la modulation induite par la pointe a été développée. Enfin, dans le but d’aborder l’étude de composants actifs, un banc de mesure pour la caractérisation par la tranche de micro-lasers a été développé
Nowadays, integrated optical components al-low many optical functions including modulation, guiding and amplification. The component size has reduced gradually owing to the development of technologies such as SOI (Silicon on Insulator) and III-V technologies. In recent years, optical near-field microscopy (SNOM) has developed to become today a quantitative characterization technique as demonstrated in the laboratory on SOI structures with both amplitude and phase mapping (heterodyne SNOM). In this thesis, we address both the instrumentation development and the characterization of new samples. The first objective was to optimize the coupling stability of the heterodyne s-SNOM setup. This has allowed us to characterize single-mode nanostructured (porous) silicon waveguide for which coupling stability was found to be especially critical. More generally, addressing coupling stability led us to investigate the coupling of light in sub-wavelength waveguides. Efficient coupling has been demonstrated using adjustable Polymer-Tipped Optical Fiber (PTOF). Considering the complexity of the heterodyne SNOM, we studied a new simplified approach called Trans-SNOM where the tip-modulated light is detected though the transmission of the structure. Finally, prospective results have been obtained on the characterization of active components such as photonic crystal based micro-laser

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Aouani, Heykel. "Nano-antennes optiques pour l'exaltation et le contrôle de la fluorescence moléculaire dans des volumes sub-longueur d'onde." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624233.

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Abstract:

Les nano-antennes optiques permettent la manipulation, le confinement et l'exaltation des champs électromagnétiques dans des volumes sub-longueur d'onde. Les applications de ces nano-objets concernent des domaines variés tels que les nano-sources de lumière, la photovoltaïque, la microscopie, la spectroscopie... Les propriétés physiques de ces nano-antennes dépendant essentiellement de leur nature, leurs tailles et leurs géométries, la caractérisation expérimentale de ces nano-objets est essentielle car elle permet d'en améliorer fortement le design et d'amplifier les réponses électromagnétiques. La problématique de ce travail de thèse concerne la caractérisation et l'exploitation des propriétés de nano-antennes optiques. Différentes techniques de caractérisation expérimentale de nano-antennes ont été développées au cours de cette thèse: spectroscopie de corrélation de fluorescence, suivi de dynamique temporelle de boîtes quantiques, spectroscopie sous saturation de fluorescence. Ces techniques ont été appliqués pour étudier différents types d'antennes optiques: microsphères diélectriques, nano-ouvertures simples et nano-ouvertures corruguées. Réciproquement, ces nano-antennes optiques ont été utilisées pour améliorer efficacement la détection de molécules fluorescentes en solution, avec des exaltations de fluorescence moléculaire supérieures à un facteur 100 et un contrôle de la directivité d'émission de fluorescence, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités en biophotonique.

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Bouffaron, Renaud. "Modélisation et Réalisation de Réseaux Sub-Longueur d'Onde :Application au Contrôle de la Réflectivité Large Bande, Large Incidence." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00353626.

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Abstract:

Les antireflets permettent d'accroître l'efficacité des cellules photovoltaïques, d'augmenter la sensibilité des détecteurs optroniques, et même d'améliorer l'extraction lumineuse des diodes électroluminescentes. Traditionnellement, des empilements de matériaux en couches minces sont utilisés pour les fabriquer. Nous avons étudié une technique alternative qui s'appuie sur la microstructuration de l'interface air-substrat. Il s'agit, plus précisément, de modéliser et de fabriquer des surfaces microstructurées bi-périodiques sur silicium et sur germanium présentant un effet antireflet très efficace dans l'infrarouge en bandes II et III respectivement. Ces structures nécessitent une description rigoureuse des phénomènes de propagation de la lumière. L'influence des paramètres opto-géométriques est examinée sous le point de vue des cristaux photoniques en utilisant les diagrammes de bandes. Pour réaliser ces structures, des techniques à bas coût, basées sur une gravure humide anisotrope du semi-conducteur cristallin à travers un masque obtenu par photolithographie, ont été utilisées. Nous obtenons expérimentalement sur silicium un facteur de réflexion inférieur à 4% sur l'ensemble du spectre IR II. Un très bon accord calcul/mesure permet de valider les résultats numériques obtenus précédemment.

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Nouho, Ali Ali. "Confinement électromagnétique sub-longueur d'onde et couplage entre nano-structures photoniques : Calcul de forces et de moments optiques." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD057.

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Abstract:

Ce travail de thèse constitue une contribution à la modélisation numérique de nouveaux dispositifs optiques à base des nano-structures de la photonique tel que les cristaux photoniques, les nano-antennes plasmoniques ou les métamatériaux à transmission exaltée. L’objectif est d’exploiter les propriétés de confinement de la lumière dans ces structures pour exalter davantage ce confinement ou les utiliser comme source de piégeage afin de manipuler des nano-particules métallo-diélectriques résonantes ou non-résonantes. La première partie est consacrée à la modélisation du champ électrostatique local généré par l’application d’une tension continue aux bornes de deux électrodes, sur un diélectrique nano-structuré jouant le rôle de matériau actif dans des modulateurs électro-optiques. L’idée est d’exalter les champs électrostatique et optique locaux dans le matériau pour induire une modification plus conséquente de son indice local, conduisant ainsi à une amplification des effets non-linéaires dans ce dernier. Nous avons notamment montré qu’en optimisant la forme géométrique des électrodes et des paramètres géométriques de la structure, le champ électrostatique local peut être exalté davantage dans le matériau d’un facteur 6.La deuxième partie concerne la modélisation des forces et moments optiques agissant dans des nano-structures par la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Après avoir présenté le principe de calcul des forces et moments optiques, une application a été considérée pour étudier le mouvement de translation et de rotation d’un disque diélectrique placé à la sortie d’une lame quart d’onde à base de métamatériau formé d’ouvertures coaxiales à section elliptique gravées dans un film métallique opaque. D’autre part, nous avons montré qu’une pince optique à base d’une nano-antenne Diabolo peut être utilisée pour trier et arranger des nano-particules diélectriques en fonction de leur dimension en maniant la longueur d’onde du faisceau incident. La troisième et dernière partie est dédiée à l’étude de piégeage de nano-particules métallo-diélectriques et au couplage entre différents nano-résonateurs en fonction de la distance qui les sépare et en fonction de leurs natures. Une étude approfondie et détaillée est présentée pour analyser et comprendre les comportements de ces nano-résonateurs à l’échelle sub-longueur d’onde. Une application a été traitée portant sur le piégeage de nano-particules diélectriques par une nano-pince optique à base d’un cristal photonique couplé à une nano-antenne Bowtie
This thesis work is a contribution to the numerical modeling of new optical devices based on photonic nano-structures such as photonic crystals, plasmonic nano-antennas or enhanced-transmission metamaterials. The objective is to enhance the light confinement in these structures to further use it as a source of trapping to manipulate resonant or non-resonant metallo-dielectric particles.The first part is devoted to the modeling of the local electrostatic field generated by the application of a DC voltage across two electrodes, on a nano-structured dielectric acting as an active material in electro-optical modulators. The idea is to enhance the local electrostatic and optical fields in the material to induce a more substantial modification of its local index, thus leading to an amplification of its nonlinear effects. In particular, we have shown that by optimizing the geometrical shape of the electrodes, the local electrostatic field can be further exalted inside the material leading to exacerbate the electro-optical effect by a factor 6.The second part concerns the modeling of optical forces and moments acting in nanostructures by the Finite Difference Time Domain Method (FDTD). After presenting the principle of modeling of the optical forces and torques, a specific application is considered to study the translational and rotational motions of a dielectric disk placed at the output side of a quarter-wave plate made of metamaterial formed of coaxial apertures with elliptical section engraved in an opaque metal film. On the other hand, we show how an optical tweezer based on Diabolo nano-antennas can be used to sort and arrange dielectric nanoparticles according to their size by tuning the wavelength of the incident beam.The third and last part is dedicated to the study of optical trapping of metallo-dielectric nano-particles and the coupling between different optical nano-resonators according to the distance separating them and according to their natures. A detailed study is presented to analyze and understand the properties (scattering, absorption, extinction,) of these nano-resonators at the sub-wavelength scale. An application has been processed on the trapping of dielectric nano-particles by an optical nano-tweezers based on a photonic crystal coupled to a Bowtie nano-antenna

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Mulin, David. "Etude en champ proche optique de la propagation du champ électromagnétique dans des structures périodiques planes sub-longueur d'onde : application au couplage entre guides d'ondes par cristaux photoniques." Besançon, 2000. http://www.theses.fr/2000BESA2040.

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Abstract:

Le développement des télécommunications optiques, en particulier celui des réseaux optiques locaux et internationaux, et des capteurs, pousse les opérateurs à la fabrication de composants optiques de plus en plus performants. L'intégration croissante de plusieurs fonctions optiques sur un même substrat s'est accompagnée de difficultés quand à la modélisation et la caractérisation de ses composants. La microscopie optique en champ proche offre la possibilité d'étudier des éléments d'optique guidée, notamment la propagation du champ le long du guide : la détection des ondes évanescentes à la surface du composant est effectuée par la sonde dont le balayage permet de cartographier la distribution de l'énergie électromagnétique. Par ailleurs une nouvelle génération de composants optiques est apparue ces dernières années : il s'agit de structures périodiques de dimension inférieure à la longueur d'onde, connues sous le terme générique de "cristaux photoniques". Ces dispositifs offrent de grandes potentialités (filtrage, multiplexage,. . . ).

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Macé, Léopold. "Nouveaux concepts de nano-filtres infrarouges à l'échelle du pixel." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30184/document.

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Abstract:

Dans le domaine du proche infrarouge et du moyen infrarouge (3-10 µm), les besoins évoluent vers une plus grande complexité des fonctions optiques et un niveau d'intégration plus élevé des systèmes. Ceci est particulièrement vrai dans un contexte spatial ou aéronautique visant à l'observation de la terre, où l'on cherche simultanément à accroître le nombre de bandes spectrales acquises et à miniaturiser les systèmes d'observation. Cela se traduit notamment par une pixellisation des filtres afin que ceux-ci soient intégrés dans une matrice réalisant plusieurs fonctions optiques. Or, les méthodes traditionnelles de fabrication de filtres optiques utilisant des empilements de couches minces n'ont pas démontré leur capacité à répondre au besoin de pixellisation dans l'infrarouge. C'est pourquoi il est nécessaire d'étudier de nouveaux concepts de filtrages issus du domaine de la photonique permettant de s'affranchir de ces limitations. Les "zero-contrast gratings" (ZCG),qui constituent une sous-catégorie des réseaux résonnants, ont démontré leur capacité à réaliser des filtres en transmission accordables de grande efficacité dans le proche-infrarouge, tout en ayant une structure très simple. Néanmoins, leur faible bande passante et leur tolérance angulaire réduite en limitent la pertinence pour des applications pixellisées dans le moyen-infrarouge. Nous présentons dans cette thèse diverses structures basées sur ce même concept de ZCG. D'une part nous introduisons des filtres 1D doublement corrugués de bande passante variant entre 1 et 200 nm, dont les tailles de pixels accessibles sont de l'ordre de 100 µm, accordables sur une bande de 200 nm. D'autre part, nous avons développé un nouveau concept de filtre, dit "ZCG TE/TM" dont le fonctionnement permet de dépasser une limitation très restrictive des ZCGs conventionnels pour le choix des matériaux. La fabricabilité de ces dispositifs a été démontrée lors d'opérations technologiques menées en salle blanche. Un premier démonstrateur de filtre 1D doublement corrugué été caractérisé optiquement
In the near-infrared (NIR) and mid-infrared (MIR) spectral domains (3-10 µm), requirements and needs evolve toward more complex optical functions and highly-integrated systems. This is especially relevant in the context of space and aeronautics applications for earth observation, where the aim is to increase the number of acquired spectral bands while simultaneously reducing the device footprint. These requirements translate into a pixelization of the filters so that they can be integrated into a mosaic which also performs the spatial filtering and different spectral functions. As of today, conventional thin films filter technologies haven't been shown to achieve this goal. As a result, different filtering concepts originating from the field of photonics which could overcome these limitations must be investigated. "Zero-contrast gratings" (ZCG) are a kind of guided-mode resonance filters that have proved to implement efficient tunable transmission filters in the MIR, while having a very simple structure. Nevertheless, their narrow transmission linewidth and weak angular acceptance hinder their applicability for pixelated applications in the MIR. We present in this work several structures based on the ZCG concept. On the one hand, we have introduced doubly-corrugated 1D filters with bandwidths ranging from 1 to 200 nm, allowing for 100 µm pixel sizes and tunable over a domain of 200 nm. On the other hand, we have shown a novel filtering concept, which we called "TE/TM ZCG". This new generation of ZCG is not bound by stringent material requirements inherent to conventionnal ZCGs. Their fabrica- bility have been demonstrated through cleanroom operations. A first doubly-corrugated 1D filter has been fabricated and characterized optically

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Tardieu, Clément. "Étude de structures sublongueur d’onde filtrantes, application à la spectroscopie d’absorption infrarouge." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX074/document.

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Abstract:

Les nanostructures ont montré leur utilité dans diverses applications optiques. Notre intérêt s'est porté sur deux d'entre elles : le filtrage spectral et la spectroscopie d'absorption. Dans le premier cas, l'application est notamment limitée par la réjection hors de la bande passante des nanostructures filtrantes.Dans cette thèse, j'ai étudié et développé une structure membranaire composée de deux réseaux métalliques sublongueur d'onde encapsulés dans un diélectrique. Cette structure présente une extinction aux hautes longueurs d'onde qui permet d'améliorer la réjection du filtre. Un procédé de fabrication a été développé, et les caractérisations optiques ont permis de mettre en évidence expérimentalement la présence de l'extinction de la transmission.Dans le second cas, les nanoantennes classiquement utilisées nécessitent une optimisation de la structure pour chaque liaison observée et limitent le type de molécules détectables. J'ai proposé une nouvelle méthode de spectroscopie d'absorption de molécules basée sur des nanogrilles. Ces structures composées d'un réseau de barreaux diélectriques suspendus présentent une réflexion parfaite perturbée par la présence de molécules autour de ces barreaux. J'ai montré théoriquement le potentiel de cette méthode basée sur le balayage spectral de la réflexion résonante grâce à l'angle d'incidence et je l'ai comparée aux nanoantennes métalliques décrites dans la littérature.J'ai ensuite fabriqué et caractérisé des nanogrilles de deux sections différentes et montré l'impact de paramètres expérimentaux sur notre méthode de détection
Nanostructures have demonstrated their utility in different optical applications. Our interest has focused on two of them: the spectral filtering and absorption spectroscopy. In the first case, the application is limited in particular by the rejection outside the passband of the filter nanostructures.In this thesis, I studied and developed a free-standing structure composed of two metalic subwavelength gratings encapsulated in a dielectric. This structure has an extinction at high wavelengths which improves the filter rejection. A fabricating process has been developed, and optical characterizations demonstrate experimentally the presence of the extinction of the transmission.In the second case, the nanoantennas conventionally used require optimization of the structure for each observed bond and limit the type of detectable molecules. I have proposed a new method of absorption spectroscopy of molecules based on nanorods. These structures composed of a free-standing dielectric rods array exhibit a perfect reflection disturbed by the presence of molecules around these rods. I have theoretically shown the potential of this method based on the spectral scanning reflection resonant with the incident angle and I compared to metalic nanoantennas described in the literature.Then, I fabricated and characterized nanogrilles of two different sections and showed the impact of experimental parameters on our detection method

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Lee, Mane-Si Laure. "Matériaux artificiels pour l'optique diffractive." Paris 11, 2001. http://www.theses.fr/2001PA112266.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse aux optiques diffractives blazées binaires, une famille d'éléments diffractifs composés de structures binaires de dimensions variables mais légèrement inférieures à la longueur d'ondes. Leur principe de fonctionnement est basé sur la synthèse de matériaux artificiel, compsés de traits, de piliers ou d'autres géométries gravèés dans une couche mince diélectrique, dont l'indice effectif dépend du taux de remplissage local de la matière. Ainsi, en variant localement ce taux, il est possible de synthétiser toute fonction de phase. L'objet de cette thèse est d'identifier l'intrêt des matériaux artificiels pour des applications en optique diffractive, domaine en forte croissance avec le progrés des nanotechnologies. Tout d'abord, les résultats expérimentaux dans le visible ont montré que, dans le domaine résonnant, les optiques blazé́es binaires présentent des performances bien meilleures que les optiques diffractives classiques grâce à un effet de guidage par les structures sub-longueur d'onde constituant les matériaux artificiels. .
This work concerns blazed binary diffractive optics, a family of diffractive elements composed of binary structures with variable size that is slightly smaller than the wavelength. Their principle of operation is based on artificial materials, composed of ridges, pillars or other simple geometries etched in an dielectric thin film, which effective index depends on the fill factor. Thus, by varying locally the fill factor, one cansynthesize any phase function. The objet of the study is to identify tha advantage of artificial materials for applications in diffractive optic, a domain that is highly increasing with the nano-technology improvements. First, the experimental results obtained in the visible have shown that, in the resonance domain, blazed binary optcs offer higher performances than the standard diffrative optics. It is due to a guiding effect through the sub-wavelength structures that compose the artificial matérials

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Degiron, Aloyse. "De l'autre côté du miroir : Etude de la transmission exaltée de la lumière par des ouvertures de taille sub-longueur d'onde creusées dans un métal." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2004. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2004/DEGIRON_Aloyse_2004.pdf.

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Abstract:

The work described in this thesis covers diverse aspects of the optical transmission through subwavelength apertures. It was motivated by the discovery of the extraordinary transmission through subwavelength apertures in metal film where the enhancement is due to the coupling of light to surface plasmons. We showed that the extraordinary transmission in the sub-wavelength regime is a tunnelling phenomenon enhanced by surface plasmons, as predicted by theoretical investigations, and that the transmission is very sensitive to the dielectric constant of the metal. By studying a single aperture surrounded by periodic corrugations, we noticed that the shape of the wavefront can be tailored by a periodic milling of the output surface. In such a way, the beam with a small angular divergence can be created thereby surmounting the standard diffraction of small apertures. Furthermore it is shown that the transmission process can be separated into three separate independent steps: coupling in, transmission through the aperture and coupling out. Finally, we discovered that even isolated subwavelength apertures give rise to transmission peaks at certain wavelengths. This is due to the activation of localized surface plasmons on the rim of the aperture. This result challenges the understanding and theoretical description of the transmission of single holes.

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Mahboub, Oussama. "Aspects fondamentaux de la transmission optique exaltée de la lumière à travers des ouvertures sub-longueurs d'onde : optimisations, modélisations et applications." Strasbourg, 2011. http://www.theses.fr/2011STRA6027.

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Abstract:

Une des contraintes imposée par la nature ondulatoire de la matière est la limite de diffraction. Elle restreint les performances des technologies optiques. En effet, la miniaturisation des composants optiques impose une manipulation de la lumière à des échelles submicroniques, ce qui se révéle impossible avec l’optique traditionnelle. Un des exemples illustrant cette limite est celui de la transmission extrêmement faible à travers des ouvertures plus petites que la longueur d’onde de la lumière. Toutefois, un arrangement périodique d’ouvertures sub-longueurs d’onde permet d’exalter leur transmission à une longueur d’onde donnée, en d’autre terme, la transmission de l’ensemble des ouvertures du réseau peut être supérieure à la somme des transmissions des ouvertures prises individuellement. Cet effet du réseau périodique, mis en évidence il y a maintenant une dizaine d’années au laboratoire, est connu sous le nom de la transmission optique exaltée (TOE). Notre thèse s’inscrit dans ce cadre de recherches. Son but est d’étudier la TOE à travers des ouvertures sub-longueurs d’onde dans des configurations précises afin de démontrer leur potentiel d’être intégrées dans différentes applications : de la détection moléculaire à la fabrication des nouveaux composants optiques miniatures. La majorité des travaux rapportés dans cette thèse s’intègrent dans la continuité des travaux du laboratoire. Le manuscrit est divisé en six chapitres. Dans le chapitre 1, nous introduirons les différentes notions nécessaires afin de cerner les enjeux qui ont motivé ce sujet de thèse. Cette introduction sera poursuivie par un rappel sur les différentes propriétés des plasmons de surface qui sont au coeur du phénomene TOE. Ce dernier sera décrit dans la fin de ce chapitre. En guise d’entrée en matière, une description des différentes techniques de fabrication et de caractérisation des structures étudiées sera proposée dans le chapitre 2. [. . . ]
One of the constraints imposed by the wave nature of light is the diffraction limit. This constraint limits the performance of optical technologies. Indeed, the miniaturization of optical devices requires manipulation of light at the submicron scale, which is not possible with traditional optics. One example of this limitation is the extremely low light transmission through an aperture smaller than the wavelength of light. However, a periodic arrangement of sub-wavelength apertures on metal surface allows the enhancement of transmission at a given wavelength. In other words, the intensity of transmission of such a hole array can be higher than the sum of the transmissions of each hole taken individually. This effect of a periodic lattice, first demonstrated in our laboratory a decade ago, is known as "Extraordinary Optical Transmission" (EOT). The aim of this thesis is to study some fundamental aspects of EOT through subwavelength apertures in different configurations to demonstrate their potential to be integrated into different applications : from molecular detection to manufacture of new miniature optical components. The work reported in this thesis, forms part on ongoing research effort in our laboratory. The manuscript is divided into six chapters. In Chapter 1 we introduce the general concepts and motivations behind this thesis topic. Subsequently, different properties of surface plasmons, which are central in to EOT mechanism, will be reviewed and we close this chapter with a description of the EOT phenomenon. After giving a description of the different fabrication and characterization techniques of the studied structures in Chapter 2, we will focus in Chapter 3 on optical transmission through hole arrays of isosceles triangles (RTTI). We observe that the transmission through RTTI has resonances in a broad spectral range, from the visible to infrared, and their spectra are dominated by resonances attributed to localized modes of the holes. [. . . ]

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Diallo, Alpha Ousmane. "Modélisation hyperfréquence de problèmes multi-échelles appliquée au cas des antennes à métamatériaux diélectriques." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066356/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse s’intéresse à l’amélioration de la compacité des antennes destinées en priorité aux systèmes embarqués tout en respectant les exigences de performance et de compétitivité. L’approche explorée consiste à utiliser des matériaux artificiels fonctionnant en transmission et conçus en structurant la matière diélectrique à une échelle plus petite que la longueur d’onde (sub-longueur d’onde). Cette structuration permet en pratique d’opérer une variation de l’indice de réfraction effectif afin de réaliser des éléments diffractifs aptes à remplir une fonction hyperfréquence. Cependant, la particularité de ce type d’élément structuré est de mêler plusieurs échelles physiques engendrant une complexité dans leur étude. La plus grande dimension d’un composant structuré peut atteindre plusieurs dizaines de longueur d’onde, par exemple 20λ, alors que la taille minimale des structures sub-longueur d’onde peut être inférieure à une fraction de la longueur d’onde, tel que λ/20. Cet aspect multi-échelle allonge les temps de simulation des dispositifs antennaires intégrant ces éléments structurés, empêchant ainsi toute possibilité d’optimisation multi-paramètres dans des temps raisonnables. Afin de pouvoir exploiter pleinement le potentiel de ces matériaux structurés, un modèle numérique de calcul a été développé sur la base des chemins optiques. Ce modèle restitue des résultats sur le maximum de gain des antennes lentilles diffractives structurées avec une précision de 0,5 dB. Le temps de calcul du modèle est de l’ordre de la minute comparée à plus de 6 heures pour une simulation complète avec le logiciel de calcul électromagnétique CST. La rapidité et la précision de ce modèle ont été mises à profit pour optimiser la conception d’une lentille diffractive structurée. Pour illustrer la pertinence de cette approche structurée, ses performances ont été comparées à celles des antennes lentilles de Fresnel et à profil hyperbolique. Cette comparaison s’est faite dans des conditions d’encombrement identiques avec un rapport longueur sur diamètre L/D de 0,5. Le gain de la lentille structurée se révèle être plus élevé de 1,6 dB par rapport à celui de la lentille de Fresnel et de 2,7 dB par rapport à celui de la lentille hyperbolique
This work focuses on the improvement of the antennas compactness used primarily for embedded systems while respecting the performance and competitiveness requirements. The approach explored consists in using artificial materials operating in transmission and designed by structuring the dielectric material on a scale smaller than the wavelength (sub-wavelength). This structuring makes it possible in practice to achieve a variation in the effective refractive index in order to produce diffractive elements capable of performing a microwave function. However, the particularity of this type of structured element is to mix several physical scales generating complexity in their study. The largest dimension of a structured component can reach several tens of wavelength, for example 20λ, while the minimum size of the sub-wavelength structures may be less than a fraction of the wavelength, as than λ / 20. This multi-scale aspect increases the simulation times of antenna devices integrating these structured elements, thus preventing any possibility of multi-parameter optimization in reasonable times. In order to exploit fully the potential of these structured materials, a numerical model of computation has been developed on the basis of optical paths. This model gives results on the maximum gain of structured diffractive lens antennas with an accuracy of 0.5 dB. The computation time of the model is of the order of the minute compared to more than 6 hours for a complete simulation with the electromagnetic calculation software CST Microwave Studio. The speed and precision of this model have been used to optimize the design of a structured diffractive lens. To illustrate the relevance of this structured approach, its performances were compared with those of Fresnel lens antenna and hyperbolic lens antenna. This comparison was carried out under identical footprint conditions with a length to diameter ratio L / D of 0.5. The gain of the structured lens was found to be 1.6 dB higher than the Fresnel lens and 2.7 dB higher than the hyperbolic lens

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Dupré, Matthieu. "Contrôle des micro-ondes en milieux réverbérants." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC181.

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Abstract:

Cette thèse traite du contrôle des micro-ondes en milieux réverbérants, dans la continuité d'autres travaux réalisés à l'Institut Langevin. Nous commençons par les principes généraux touchant à la propagation des ondes en milieux complexes, c'est-à-dire des milieux réverbérants ou diffusants. Nous revenons sur le concept de degrés de liberté et expliquons pourquoi les techniques du retournement temporel et du façonnage de front d'ondes sont des moyens efficaces pour contrôler les ondes dans ces milieux. Nous introduisons ensuite une technique innovante en micro-ondes permettant de contrôler le couplage de milieux réverbérants avec l'extérieur. Pour cela, nous proposons d'ouvrir une cavité avec un réseau de diffraction sub-longueur d'onde se comportant comme un miroir partiellement réfléchissant. Nous montrons ensuite comment nous pouvons remplacer ces réseaux par des résonateurs plans et fractaux pour focaliser des champs micro-ondes sur des dimensions très sub-longueur d'onde grâce à des techniques de retournement temporel monovoie. Enfin, nous détaillons la fabrication et l'utilisation d'une métasurface reconfigurable permettant de contrôler passivement les degrés de liberté spatiaux d'un milieu réverbérant. Nous montrons que cela permet d'optimiser un signal à des fréquences WIFi en façonnant le champ micro-onde de manière similaire à l'optique en milieux diffusants avec des modulateurs spatiaux de lumière. Nous présentons également un model adapté à notre cas de figure ainsi qu'une nouvelle approche numérique intégrale basée sur la méthode des potentiels de couche, et permettant de calculer les modes d'une cavité dont les conditions aux limites sont mixtes
This thesis, dealing with controlling microwaves in reverberating media, is in the straight line of previous works performed at the Institut Langevin. We start by considering the general principles of the propagation of waves in complex media, which are basically reverberating or multiple scattering media. We review the concept of degrees of freedom and explain why techniques such as time reversai and wave front shaping are efficient to control waves in such media. We introduce a novel and efficient way to control the coupling of a cavity to the exterior. To do so, we propose to open a cavity with a sub-wavelength diffraction grating. We show that the latter behaves as a partially reflecting mirror. We then show how we can replace such grating by a fractal planar resonator in order to focus waves on very subwavelength dimensions Finally we detail the concept, the design and the use of a reconfigurable reflect array that allow to passively control spatial degrees of freedom of a reverberating media. We show that this modulator permits to optimize a signal at WIFI frequencies by shaping the field in a similar way than it is done in scattering media in otpics with spatial light modulators. We present a mode) adapted to our situation and a new numerical approach based on the boundary layers potential to obtain the eigenmodes of a cavity with mixed boundary conditions

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Sauvan, Christophe. "Etude de la propagation et du confinement de la lumière dans des nanostructures." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011142.

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Abstract:

Une compréhension fine des interactions de la lumière avec des matériaux structurés à l'échelle de la longueur d'onde est nécessaire pour parvenir à contrôler les photons (émission, propagation et détection) dans de petits volumes de l'ordre de quelques lambda cube. Les applications de ce contrôle couvrent des domaines très variés, allant des interconnexions optiques à la réalisation d'expériences d'électrodynamique quantique à l'état solide. Au cours de cette thèse, nous avons étudié les interactions de la lumière avec des structures à base de cristaux photoniques bidimensionnels gravés dans un empilement de couches minces, structures qui peuvent être utilisées aussi bien en optique guidée qu'en optique en espace libre. Pour cela, des outils de simulation numérique tridimensionnelle performants ont été développés.
Tout d'abord, nous avons réalisé une étude théorique et numérique de la propagation de la lumière dans des guides à cristaux photoniques. Nous nous sommes intéressés à un système modèle, le guide à une rangée manquante, ainsi qu'à trois quantités physiques essentielles, l'atténuation, la durée de vie et le coefficient de réflexion du mode fondamental.
Nous avons également étudié le confinement de la lumière dans des microcavités à cristaux photoniques. Nous avons en particulier montré que, même à l'échelle de la longueur d'onde, la physique du confinement est essentiellement gouvernée par des quantités classiques : les pertes radiatives à l'interface des miroirs et la vitesse de groupe du mode de Bloch guidé à l'intérieur de la cavité.
Finalement, nous avons étudié une application des cristaux photoniques à l'optique diffractive en espace libre. Leurs propriétés de dispersion structurale originales nous ont permis de concevoir des optiques diffractives qui restent efficaces sur une large bande spectrale.

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Estruch, T. "Extinction extraordinaire par superposition en champ proche de filtres élémentaires nanostructurés." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01020030.

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Abstract:

Les objets structurés à l'échelle sub-longueur d'onde sont le siège d'interactions lumièrematière permettant d'obtenir des résonances d'amplitude extraordinaire localisées spectralement. Ils permettent ainsi la réalisation de filtres spectraux dans l'infrarouge. Pour améliorer les performances de ces filtres et ce, notamment en termes d'efficacité de réjection, j'ai étudié au cours de ma thèse la superposition de structures sub-longueur d'onde identiques mettant en jeu des modes évanescents et propagatifs. J'ai ainsi mis en évidence la présence d'une extinction extraordinaire de la transmission ou de la réflexion lorsque les structures sont en champ proche. L'origine de ce phénomène est révélée dans ce manuscrit grâce à la mise en place d'une approche heuristique basée sur la formule de Mason et la traduction des interactions entre les modes propagatifs et évanescents en graphes de fluence. J'ai ainsi pu établir des règles de conception qui ouvrent la voie vers le design de structures filtrantes hautes performances à forte efficacité de réjection hors bande passante. De manière à valider cette étude théorique, j'ai conçu et fabriqué une structure encapsulée dans du diélectrique qui a permis de démontrer la fonction d'amélioration de l'efficacité de réjection dans les structures superposées. Parallèlement, j'ai cherché à étudier l'agilité spectrale de cette extinction extraordinaire en superposant dynamiquement deux structures filtrantes par le biais d'actionneurs piézoélectriques. Véritable challenge expérimental, ce banc a nécessité la mise en place d'une procédure d'alignement originale des réseaux sublongueur d'onde pour une mise en champ proche par assemblage.

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Paulillo, Bruno. "Circuit-tunable subwavelength terahertz devices." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS130/document.

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Abstract:

La demande croissante en composants optoélectroniques de taille réduite, rapides, de faible puissance et à faible coût oriente la recherche vers des sources et détecteurs de radiation ayant une dimension inférieure à la longueur d'onde émise/détectée. Cette dernière est entravée par la limite de diffraction qui fixe la dimension minimale des dispositifs optiques à la moitié de la longueur d'onde de fonctionnement. A l'inverse, les dispositifs électroniques, tels que les antennes et les oscillateurs, ne sont pas limitée en taille et leur fréquence peut être accordée par des composants discrets. Par conséquent, unifier les mondes de la photonique et de l'électronique permettrait de concevoir de nouveaux dispositifs optoélectroniques sans limitation de taille imposée par la longueur d'onde et ayant des fonctionnalités empruntées aux circuits électroniques. La région spectrale idéale pour développer ce paradigme est la gamme térahertz (THz), à mi-chemin entre les domaines de l'électronique et de l'optique. Dans la première partie de ces travaux, nous présentons de nouveaux micro-résonateurs sub-longueur d’onde en 3D qui fonctionnent comme des circuits LC microscopiques et où la fréquence de résonance peut être accordée en agissant séparément sur la région capacitive et/ou inductive. Dans la deuxième partie, nous illustrons la puissance de cette approche en réalisant de nouveaux méta-dispositifs THz passifs (polaritoniques, commutables optiquement, optiquement actifs) basés sur des composants discrets. La dernière partie de cette thèse est consacrée aux méta-dispositifs actifs. Des photodétecteurs THz à puits quantiques ayant une dimension ≈λ eff /10, en configuration objet unique et réseau sont démontrées, grâce à un schéma de contact efficace et originale pour extraire (injecter) un courant depuis (dans) le cœur semi-conducteur intégré dans chaque résonateur. Enfin, une étude de faisabilité d'un laser sub-longueur d’onde aux fréquences THz est présentée
The need for small, fast, low-power and low-cost optoelectronic components is driving the research towards radiation sources and detectors having a dimension that is smaller than the emitted/detected wavelength. This is hampered by the optical diffraction limit which constrains the minimum dimension of optical devices at half the operating wavelength. Conversely, electronic devices, such as antennas and oscillating circuits, are not diffraction-limited in size and can be frequency tuned with lumped components. Hence, blending the worlds of photonics and electronics has the potential to enable novel optoelectronic devices with no lower size limit imposed by the wavelength, and with novel functionalities borrowed from electronic circuits. The ideal spectral region to develop this paradigm is the terahertz (THz) range, halfway between the electronics and optics realms. In the first part of this work, we present novel subwavelength 3D micro-resonators that behave as microscopic LC circuits, where the resonant frequency can be tuned acting separately on the capacitive and/or inductive regions. In the second part we illustrate the power of this concept by implementing novel lumped-elements-based passive THz meta-devices (polaritonic, optically switchable, optically active). The last part of this thesis is devoted to active meta-devices. Single-pixel and arrays of THz quantum well photodetectors featuring a ≈λeff/10 dimension are demonstrated, thanks also to an effective and original contact scheme to extract (inject) current from (into) the semiconductor core embedded by each resonator. Finally, a feasibility study of a subwavelength laser at THz frequencies is reported

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Sakat, Émilie. "Structures métal-diélectriques à résonance de mode guidé et applications au filtrage et à l'imagerie infrarouge." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00840623.

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Abstract:

Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants
Nanotechnologies have reached a maturity level that allows designing, with high confidence level, functionalized components for complex optical systems. In this context, this work addresses the issue of spectral filtering. I proposed a new design of filter based on the combination of a dielectric waveguide and on a subwavelength metallic grating. In a first time, I fabricated and characterized structures based on this design (with one dimensional 1D or two dimensional 2D geometries). I analyzed in detail the resonance mechanism and I studied the properties of these structures in terms of spectral tunability, polarization behavior, rejection efficiency and angular tolerance. Then, I proposed derivatives of these components with improved rejection efficiency and angular tolerance. Secondarly, I used various derivatives of these components to address angular filtering or multispectral imaging applications. For the latter, a 24-filter matrix has been optimized and integrated inside an infrared multispectral camera for CO2 sensing. Difficulties related to its real use conditions are highlighted and solutions are proposed to improve our results, already promising

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Sakat, Emilie. "Structures m étal-di électriques à r ésonance de mode guid é et applications au filtrage et à l'imagerie infrarouge." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00840623.

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Abstract:

Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants.

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Bierret, Antoine. "Composants nanostructurés pour le filtrage spectral à l’échelle du pixel dans le domaine infrarouge." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLX085/document.

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Abstract:

L'analyse spectrale d'une scène infrarouge permet une meilleure identification des objets la composant. Il est possible d'obtenir du filtrage spectral grâce à des résonances optiques au sein de nanostructures. Cette thèse traite de l'utilisation de structures à réseau sub-longueur d'onde pour obtenir des filtres spectraux à l'échelle d'un pixel de détection. Je me suis concentré sur l'étude de filtres à résonance de mode guidé, constitué d'un réseau de couplage associé à une couche mince diélectrique, qui nécessite typiquement de grandes surfaces pour fonctionner. J'ai mené une étude numérique du comportement spectral et angulaire de ces structures et j'ai envisagé deux possibilités pour obtenir un filtrage sur de petites dimensions: l'utilisation d'une cavité résonante dans le guide d'onde à l'aide de miroirs latéraux et l'utilisation de réseaux métalliques.L'analyse numérique de la réponse optique des structures à réseau métallique montre qu'il est possible d'obtenir une extension spatiale limitée du champ électromagnétique dans le guide d'onde à la résonance. Grâce à cette faible extension, j'ai pu étudier numériquement des filtres à résonance de mode guidé foisonnants sur des longueurs aussi faibles que 30 µm. J'ai aussi pu établir un processus de fabrication en salle blanche puis caractériser des filtres de la taille d'un pixel de détection infrarouge.Finalement, j'ai étudié la possibilité de fabriquer des mosaïques de filtres à résonance de mode guidé pour le filtrage spectral à proximité d'un détecteur plan focal. J'ai pu démontrer que les dimensions, les transmissions résonantes et les tolérances angulaires de ces filtres les rendent compatibles avec une telle utilisation. J'ai alors pu montrer un exemple d'architecture simple de caméra multi-spectrale infrarouge mettant en jeu une mosaïque de filtres à résonance de mode guidé
Spectral analysis of an infrared scene allows for a better identification of its components. Nanotechnologies offer new opportunities to achieve spectral filtering thanks to optical resonances. In this thesis, I use sub-wavelength gratings to achieve spectral filtering on areas as small as a pixel. I focused on the study of guided-mode resonance filters, made of a coupling grating and a thin dielectric layer acting as a waveguide. This structure typically needs large surfaces to filter infrared light. However, I proposed two possible modifications of this structure: either using a resonant cavity or using metallic gratings.Numerical analysis of the optical response of structures with a metallic grating showed that the spatial extension of the electromagnetic field is limited at the resonant wavelength. Thanks to this short extension, I is possible to achieve filtering with only 30 µm-long guided-mode resonance filters. I also fabricated and characterized those pixel-sized filters.Finally, I studied mosaics of small guided-mode resonance filters. I showed that the dimensions, the resonant transmissions and the angular acceptance of those mosaics are compatible with using them inside multi-spectral cameras. I also showed a sample architecture for an infrared multispectral-camera using a mosaics of guided-mode resonance filters

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Jouvaud, Camille. "Étude et application en micro-onde de l'hybridation de modes dans des systèmes localement résonants." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00955269.

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Abstract:

Le développement de matériaux photoniques, et plus récemment des métamatériaux suscite aujourd'hui un véritable engouement, autant en acoustique qu'en électromagnétisme. Dans ce manuscrit, nous proposons une approche originale des milieux périodiques constitués de résonateurs sub-longueur d'ondes. Par une analyse électrodynamique de ces systèmes, nous mettons en évidence les phénomènes collectifs d'hybridation dus aux interactions électromagnétiques. Une modélisation fondée sur une approximation des résonateurs en dipôles électriques et magnétiques permet une étude analytique. D'une part, cette approche est complémentaire des modèles habituellement utilisés pour décrire l'ouverture de bandes interdites dans les milieux périodiques localement résonants. D'autre part, elle permet de quantifier les propriétés de rayonnement lorsque ces milieux sont de taille finie. Ces travaux sont appliqués à la conception d'une antenne miniature dont le diagramme de rayonnement est contrôlable en fréquence et en directivité. Un dispositif d'imagerie sub-longueur d'onde reposant sur le contrôle de modes propres localisés sur la structure a également été développé. Enfin, les propriétés d'hybridations de modes entre résonateurs demi longueur d'onde sont exploitées pour la conception d'une antenne dédiée à l'Imagerie par Résonance Magnétique. Cette antenne permet de générer et contrôler la distribution du champ magnétique radio-fréquence dans les zones à imager, ce qui s'avère être un défi majeur notamment face à la montée en champ magnétique des IRM.

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Laaroussi, Youness. "Nouvelles approches technologiques pour la fabrication de Lasers à émission verticale dans le moyen infrarouge." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00781795.

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Abstract:

Le moyen infrarouge (MIR), c'est-à-dire la gamme 2-5 µm du spectre électromagnétique, présente à la fois des zones de transparence de l'atmosphère et des raies d'absorption très intenses des gaz polluants. Le MIR est donc idéal pour développer des applications telles que l'analyse des gaz polluants, les applications médicales ou de sécurité défense. Le but de la thèse est de développer une méthode de confinement latéral, et un miroir à base d'un réseau de diffraction sub-longueur d'onde à fort contraste d'indice, afin de les intégrer dans un laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) à base d'antimoniure, pour une émission dans le MIR. Le travail se décompose en trois parties : La première partie concerne l'oxydation thermique humide latérale des couches d'AlAs et d'AlAsSb. La deuxième partie concerne les miroirs à réseau sub-longueur d'onde, conçus et réalisés à base de réseaux gravés dans une couche de GaAs, et intégrant une sous couche bas indice d'AlOx, obtenue à partir d'AlAs. La dernière partie synthétise ces deux précédentes études afin de les intégrer dans un VCSEL émettant aux alentours de 2.3µm.

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Roland, Thibault. "Localized Surface Plasmon Imaging : a non intrusive optical tool to cover nanometer to micrometer scales in biological systems." Lyon, École normale supérieure (sciences), 2009. http://www.theses.fr/2009ENSL0538.

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Abstract:

La plupart des microscopies impliquées dans l'étude d'échantillons ou de processus biologiques utilise des marqueurs ou des sondes, qui peuvent modifier artificiellement, plus ou moins fortement, les échantillons observés. Afin de proposer une alternative à ces techniques, un microscope haute résolution à plasmons de surface (le SSPM) a été développé. Les plasmons sont des oscillations collectives des électrons libres d'un métal, dont les conditions de résonance sont très sensibles à la variation d'indice diélectrique à la surface de ce métal. L'utilisation d'un objectif à forte ouverture numérique permet la focalisation de la lumière incidente dans une petite zone de l'interface métal/milieu d'observation, et entraîne ainsi la localisation et la structuration de ces ondes. Enfin, un balayage de la surface est réalisé, permettant de détecter les variations locales d'indice diélectrique de l'échantillon. Tout d'abord, nous présentons le principe expérimental du SSPM, mais aussi la modélisation de sa réponse par l'intermédiaire d'une résolution 3D des équations de Maxwell. Dans un deuxième temps, nous étudions la structure des couches minces d'or déposées par évaporation thermique sur des substrats de verre, et utilisées lors des expériences de microscopie SSPM. Puis nous visualisons dans l'air et dans l'eau, des nanoparticules métalliques et diélectriques, de 10 à 200 nm de diamètre, et montrons qu'il est possible de les différencier suivant leur taille ou leur indice diélectrique. Enfin, nous imageons des nucléosomes (complexes nucléoprotéiques d'environ 10 nm de diamètre) non marqués, ainsi que des fibroblastes dont nous résolvons certaines des sous structures
Most of the microscopy techniques used to study biological samples or processes relies on the use of markers or physical probes, which may modify artificially the phenomena considered. So as to propose an alternate to these techniques, a high resolution Scanning Surface Plasmon Microscope (SSPM) has been developed. Plasmons consist in collective oscillations of the free electrons at the surface of a metal. A high numerical aperture objective focuses the incident light on a small area of the metal/observation medium interface, which leads to the localization and the structuring of these waves here. Finally, the local variations of the sample dielectric index are detected while scanning the sample surface. First of all, we present the experimental principle of the SSPM, as well as a modelization of its response thanks to a 3D resolution of the Maxwell's equations. In chapter two, we study the structure of the thin gold films used during the SSPM experiments, after being deposited onto glass substrates by thermal evaporation. We address in the third chapter the problem of imaging in air and in water isolated nanoparticles of different sizes (from 10 to 200 nm of diameter). We show that this method is well suited to visualize such objects and also to discriminate them from their size or the material they are made of (depending on their dielectric index). Finally, we apply in the last chapter the SSPM to the visualization of unlabelled biological samples, such as nucleosomes (nucleoproteic complexes of about 10 nm of diameter) as well as human fibroblasts in which we resolve several subcellular structures (nucleus, nucleolus, cytoskeleton structures)

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Davy, Matthieu. "Application du retournement en micro-ondes à l'amplification d'impulsions et l'imagerie." Phd thesis, Paris 7, 2010. http://www.theses.fr/2010PA077219.

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Abstract:

Les méthodes de retournement temporel (RT) en micro-ondes sont appliquées à l'amplification d'impulsions et à l'imagerie. Lors d'une première partie, une chambre réverbérante ouverte sur sa face avant permet d'engendrer un champ diffus tout en laissant s'échapper l'énergie afin de focaliser le champ par RT à l'extérieur. La compression spatio-temporelle après RT produit une impulsion de forte amplitude et confère au dispositif un caractère auto-adaptatif en position et en polarisation. La seconde partie traite expérimentalement et théoriquement de la méthode DORT (décomposition de l'opérateur de RT). Le cas d'un cylindre diélectrique est examiné dans le but de retrouver ses paramètres. L'imagerie de deux cibles séparées d'une distance sub-longueur d'onde est alors abordée. Un critère de résolution déterminant le niveau de bruit à partir duquel la résolution des cibles échoue est notamment extrait. La méthode est ensuite appliquée à la localisation de personnes mobiles derrière un mur. La possibilité de suivre un déplacement est illustrée en prenant en compte la propagation à l'intérieur du mur. L'influence du déplacement d'une cible ponctuelle pendant l'acquisition de la matrice de transfert sur les invariants de l'opérateur de RT est aussi examinée. Enfin, une technique d'imagerie passive fondée sur les corrélations du bruit ambiant est expérimentalement mise en évidence en micro-ondes. Suivant une analogie avec le RT, la corrélation de signaux de bruit large bande mène à la fonction de Green entre deux antennes et ainsi à la localisation de cibles. La localisation passive d'une personne est aussi abordée en « bande étroite » grâce à l'émission d'une borne WIFI
Time Reversal (TR) methods are applied in microwaves to pulse amplification and imaging. First, we use a reverberation chamber with an aperture on the front face and we take advantage of the pulse compression property of time reversal. High amplitude peaks are generated outside the chamber thanks to the long spreading time of the signals inside. Our device is auto-adaptive in position and in polarization. The second part of the manuscript deals theoretically and experimentally with the DORT method (decomposition of the TR operator). The method is first applied to characterize a dielectric cylinder and work out its parameters. Imaging of two close scatterers separated by a subwavelength distance is then considered. A criterion is especially extracted to deduce the noise level above which the resolution fails. Furthermore, we use thé DORT method to track experimentally people behind a wall. The wave propagation inside the wall is taken into account to localize a human being. This last part leads to the study of the invariants of the TR operator when a pointlike target is moving during the acquisition of the transfer matrix. Eventually, we introduce thé first wideband ambient noise cross-correlation experiment in microwaves. The cross-correlation yields the Green's function between two antennas and allows the passive detection and localization of targets. The analogy with a TR process is developed. Passive people localization is also achieved with the narrow bandwidth signals emitted by a WIFI router

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Lévêque, Gaëtan. "Manipulation d'atomes froids par champs optiques confinés : théorie et simulation numérique." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006141.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'interaction dipolaire d'atomes neutres avec un rayonnement électromagnétique structuré sur une échelle plus petite que la longueur d'onde de la lumière. Ces champs optiques sont obtenus par interaction d'une onde évanescente de Fresnel avec des nanostructures diélectriques à haut indice de réfraction déposées à la surface d'un prisme. Deux thèmes sont abordés. Le premier concerne l'étude, d'un point de vue théorique, d'une expérience de diffraction d'atomes neutres par un miroir atomique nanostructuré. La modulation du potentiel provient de l'interaction de l'onde évanescente avec un réseau matériel périodique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, les spécificités de cette méthode de diffraction sont dégagées par un calcul analytique reposant sur plusieurs approximations concernant la structure du champ optique et la structure interne atomique. Elle est ensuite complétée d'une étude numérique qui permet de prendre en compte toute la complexité du problème. Le deuxième thème est une étude du comportement en champ proche de cavités résonantes constituées d'ensembles d'anneaux diélectriques couplés. Ces nanostructures, adressées par un faisceau gaussien évanescent, amplifient à la résonance l'intensité et le gradient du champ électrique d'un facteur de plusieurs centaines. L'objectif est de trouver une configuration permettant la concentration ou la focalisation transversale d'un faisceau d'atomes en vue d'applications en nanolithographie. Cette étude est effectuée en couplant une méthode ab-initio permettant un calcul précis du champ rayonné dans tout l'espace à un modèle analytique simplifié décrivant le comportement modal de ces structures en fonction de leurs caractéristiques géométriques.

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Demésy, Guillaume. "Modélisation électromagnétique tri-dimensionnelle de réseaux complexes. Application au filtrage spectral dans les imageurs CMOS." Phd thesis, Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436046.

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Abstract:

L'évolution de la technologie CMOS autorise la réduction des dimensions transverses du pixel d'imageur qui atteignent aujourd'hui 1.75μm. Son épaisseur, en revanche, ne peut être réduite sans modifier le principe de filtrage existant, assuré par des résines colorées absorbantes dont l'épaisseur fixe le profil spectral en transmission. Ces résines ont, de plus, une faible tenue en température et doivent être positionnées au sommet de l'empilement métallo-diélectrique que constitue le pixel. Ces deux facteurs contribuent à la dégradation de la résolution optique du capteur. Dans ce mémoire, nous discutons des possibilités de les remplacer par des structures diffractives métalliques bi-périodiques, moins épaisses et plus résistantes aux traitements thermiques. Pour cela, une nouvelle formulation de la Méthode des Eléments Finis a été introduite. Cette technique, très générale, de résolution d'équations aux dérivées partielles est adaptée, de par sa flexibilité, à la richesse géométrique du pixel CMOS et à la complexité des structures diffractives pressenties. Dans un premier temps, cette méthode a été validée numériquement dans le cas scalaire, puis expérimentalement grâce à des photodiodes de test munies de réseaux mono-dimensionnels. Dans un second temps, la formulation a été généralisée au cas vectoriel de la diffraction d'une onde plane d'incidence et de polarisation arbitraires par un réseau bi-dimensionnel quelconque. Enfin, ce modèle est exploité pour dégager un jeu de paramètres opto-géométriques de réseaux croisés permettant de filtrer la lumière dans ses composantes Rouge, Verte et Bleue.

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Bloom, Guillaume. "Combinaison cohérente de lasers à cascade quantique." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00678958.

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Abstract:

Des applications comme les contre-mesures optiques nécessitent des sources puissantes et avec une bonne qualité de faisceau dans le moyen infrarouge. Le laser à cascade quantique (LCQ) est une solution prometteuse mais la puissance fournie par ces lasers n'est pas suffisante. La combinaison cohérente de plusieurs de ces sources devrait permettre de sommer leurs puissances tout en conservant la qualité de faisceau d'un émetteur unique et constitue donc une solution intéressante pour contourner l'actuelle limitation en puissance des LCQ.Nous présentons une étude théorique et expérimentale de la combinaison de faisceaux cohérente de LCQ dans une cavité externe commune utilisant un coupleur de faisceaux. La mise en phase est ici totalement passive puisque fondée sur la minimisation des pertes dans la cavité globale : on parle d'auto-organisation. Un modèle général permettant de quantifier l'efficacité de combinaison et la stabilité de telles cavités est développé. Dans un premier temps, on montre expérimentalement que la combinaison cohérente de deux LCQ dans une cavité Michelson est une solution efficace et stable. Pour combiner plus d'émetteurs il est nécessaire de concevoir des coupleurs de faisceaux dans le moyen infrarouge efficaces. Pour cela, nous avons étudié deux types de réseaux : les réseaux de phase binaire (réseaux de Dammann) et des structures à gradient d'indice composées de motifs sub-longueur d'onde. Le dessin et l'optimisation de telles structures fait appel à la théorie des milieux artificiels et nécessite l'utilisation d'un code de résolution rigoureuse des équations de Maxwell (RCWA). Enfin, la combinaison cohérente de cinq LCQ en cavité externe avec un coupleur de faisceaux est démontrée expérimentalement et la combinaison d'un plus grand nombre de LCQ est discutée. En conclusion, nous présentons une solution originale pour réaliser la combinaison cohérente passive de LCQ et ainsi apporter une solution à l'augmentation de puissance dans le moyen infrarouge.

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Sharshavina, Ksenia. "Nouveaux concepts de filtres spectraux ultra-sélectifs pour spectroscopie embarquée." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30264/document.

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Abstract:

Les filtres spectraux à réseaux résonants, ou GMRF (Guided-Mode Resonance Filters), sont une nouvelle génération de filtres à bande étroite et constituent une alternative très prometteuse aux filtres conventionnels multicouches Fabry-Pérot. Le pic de résonance d'un GMRF peut être très fin spectralement et de longueur d'onde de centrage accordable en fonction de l'angle d'incidence. Ces propriétés sont particulièrement importantes pour la spectroscopie. Les travaux antérieurs ont permis de mettre en œuvre une structure originale comportant deux réseaux 1D croisés. Les performances de ce filtre surpassent celles des filtres conventionnels par leur réponse spectrale subnanométrique, leur accordabilité, et leur capacité à s'affranchir de l'influence de la polarisation de l'onde incidente sous incidence oblique. Le but de ce travail est d'explorer les performances ultimes de ce type de dispositif en termes de résolution et taux de réjection, par une approche mêlant théorie, technologie et caractérisation. Nous présentons des résultats expérimentaux d'un filtre en réflexion indépendant de la polarisation, accordable sur 40 nm avec 8.3nm/° d'accordabilité, ayant une réflexion de 10-3 sur une plage de 90nm en dehors de la résonance et un facteur de qualité supérieur à 5000
Guided Mode Resonance Filters ( GMRF ) are a new generation of narrowband optical filters and are a very promising alternative to conventional multilayer Fabry-Perot filters. The resonance peak of GMRF can be spectrally extremely thin and with a centering wavelength tunable according to the angle of incidence of the light. These properties are particularly important for spectroscopy. Previous works have helped to implement an original structure with two 1D crossed gratings. The performance of this filter overpasses those of conventional filters in their spectral subnanometric response, tunability and their ability to overcome the influence of the polarization of the incident wave under oblique incidence. The aim of this work is to explore the final performances of such devices in terms of resolution and rejection rate, thanks to an approach combining theory, fabrication technology and characterization. We present experimental results of a polarization independent reflective filter, tunable over 40nm with a tunability of 8.3nm / °, having a reflection of 10-3 on a 90nm range outside the resonance and a quality factor over 5000

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Diaz, Frédéric. "Systeme d'imagerie hybride par codage de pupille." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00624387.

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Abstract:

De nouveaux concepts d'imagerie permettent aux systèmes optiques d'être plus compacts et plus performants. Parmi ces nouvelles techniques, les systèmes d'imagerie hybrides par codage de pupille allient un système optique comprenant un masque de phase et un traitement numérique. La fonction de phase implantée sur le masque rend l'image insensible à un défaut du système optique, qui peut être une aberration ou de la défocalisation. Cet avantage est obtenu au prix d'une déformation connue de l'image qui est ensuite corrigée par un traitement numérique.L'étude des propriétés de ces systèmes a été effectuée en cherchant à augmenter la profondeur de champ d'un système d'imagerie. Un gain sur ce paramètre permet déjà d'envisager le relâchement de contraintes de conception optique telles que la courbure de champ, la défocalisation thermique, le chromatisme... Dans ces techniques d'imagerie, la prise en compte du bruit du capteur constitue l'un des paramètres critiques pour le choix et l'utilisation de méthodes de traitement d'image.Les travaux menés durant cette thèse ont permis de proposer une approche originale de conception conjointe de la fonction de phase du masque et de l'algorithme de restauration d'image. Celle-ci est basée sur un critère de rapport signal à bruit de l'image finale. Contrairement aux approches connues, ce critère montre qu'il n'est pas nécessaire d'obtenir une stricte invariance de la fonction de transfert du système optique. Les paramètres des fonctions de phase optimisés grâce à ce critère sont sensiblement différents de ceux usuellement proposés et conduisent à une amélioration significative de la qualité de l'image.Cette approche de conception optique a été validée expérimentalement sur une caméra thermique non refroidie. Un masque de phase binaire qui a été mis en œuvre en association avec un traitement numérique temps réel implémenté sur une carte GPU a permis d'augmenter la profondeur de champ de cette caméra d'un facteur 3. Compte-tenu du niveau de bruit important introduit par l'utilisation d'un capteur bolométrique, la bonne qualité des images obtenues après traitement démontre l'intérêt de l'approche de conception conjointe appliquée à l'imagerie hybride par codage de pupille.

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Roland, Thibault. "Microscopie par Plasmons de Surface Localisés : un outil d'imagerie optique non intrusif pouvant couvrir les échelles du nanomètre au micromètre en biologie." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00441957.

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Abstract:

La plupart des microscopies impliquées dans l'étude d'échantillons ou de processus biologiques utilise des marqueurs ou des sondes, qui peuvent modifier artificiellement, plus ou moins fortement, les échantillons observés.Afin de proposer une alternative à ces techniques, un microscope haute résolution à plasmons de surface (le SSPM) a été développé. Les plasmons sont des oscillations collectives des électrons libres d'un métal, dont les conditions de résonance sont très sensibles à la variation d'indice diélectrique à la surface de ce métal. L'utilisation d'un objectif à forte ouverture numérique permet la focalisation de la lumière incidente dans une petite zone de l'interface métal/milieu d'observation, et entraîne ainsi la localisation et la structuration de ces ondes. Enfin, un balayage de la surface est réalisé, permettant de détecter les variations locales d'indice diélectrique de l'échantillon. Tout d'abord, nous présentons le principe expérimental du SSPM, mais aussi la modélisation de sa réponse par l'intermédiaire d'une résolution 3D des équations de Maxwell. Dans un deuxième temps, nous étudions la structure des couches minces d'or déposées par évaporation thermique sur des substrats de verre, et utilisées lors des expériences de microscopie SSPM. Puis nous visualisons dans l'air et dans l'eau, des nanoparticules métalliques et diélectriques, de 10 à 200 nm de diamètre, et montrons qu'il est possible de les différencier suivant leur taille ou leur indice diélectrique. Enfin, nous imageons des nucléosomes (complexes nucléoprotéiques d'environ 10 nm de diamètre) non marqués, ainsi que des fibroblastes dont nous résolvons certaines des sous structures.

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Le, Perchec Jérôme. "LOCALISATIONS ET EXALTATIONS DE LA LUMIERE DANS DES STRUCTURES METALLIQUES SUB-LONGUEUR D'ONDE." Phd thesis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00149401.

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Abstract:

Ce travail de thèse, essentiellement théorique et basé sur une approche modale, porte sur les propriétés optiques de surfaces métalliques comportant un certain nombre de gravures de profil rectangulaire dont les dimensions sont inférieures à la longueur d'onde de la lumière incidente.
Ces surfaces présentent des anomalies de réflexion liées à des exaltations locales du champ électromagnétique, dues notamment à des résonances de type Fabry-Pérot à l'intérieur des sillons. L'analyse du problème d'un couple de cavités sub-longueur d'onde, couplées en champ proche, montre comment on peut générer des "points chauds" et contrôler la localisation de la lumière à l'échelle sub-longueur d'onde. Les applications sont de première importance: commutation optique, adressage quantitatif de la lumière, diffusion Raman exaltée en
surface (SERS)... On s'intéresse également aux effets de localisations liés au désordre structurel: la rupture de symétrie d'un arrangement périodique génère différents jeux d'allumage des cavités, très sensibles à la fréquence d'excitation. Certaines prédictions théoriques sont étayées expérimentalement.
Enfin, le cas des réseaux lamellaires très fortement sub-longueur d'onde est examiné, en lien avec l'Absorption Optique Anormale et l'effet SERS observés sur certains films métalliques rugueux. Les exaltations géantes du champ électrique, calculées dans les nano-cavités par la méthode modale exacte, dans le domaine visible, s'expliquent par l'excitation de plasmons-polaritons de surface dont les vecteurs d'onde sont très supérieurs à ceux de la lumière.

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Lerosey, Geoffroy. "Retournement temporel d'ondes électromagnétiques et application à la télécommunication en milieux complexes." Phd thesis, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003585.

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Abstract:

Dans une première partie les principes du retournement temporel sont exposés, ainsi que son application aux ondes électromagnétiques, et plus spécifiquement aux hyperfréquences. Puis, deux montages de miroirs à retournement temporel dans le domaine du gigagertz sont décrits, ainsi que les résulats expérimentaux obtenus en terme de focalisation spatio-temporelle. Enfin, des expériences de focalisation sub-longueur d'onde par retournement temporel sont démontrées, et un lien avec l'optique de champ proche vient appuyer théoriquement les mesures réalisées. La deuxième partie est consacrée aux télécommuncations par retournement temporel. On introduit les deux principales méthodes envisagées pour les réseaux locaux sans fils haut débit (MIMO et UWB). Le lien entre ces méthodes et le retournement temporel est explicité. Puis, des communications par retournement temporel réalisées avec des ultrasons dans un milieu indoor petite échelle sont étudiées et discutées. On compare alors le retournement temporel, qui est un filtre adapté à la propagation, et le filtre inverse de la propagation, en terme de télécommunications. Une méthode hybride, le filtre inverse itératif, est proposée et comparée au retournement temporel. Des expériences de télécommunications par retournement temporel électromagnétiques sont enfin présentées. Celles-ci sont réalisées avec le miroir à 2.45 GHz, sur 200 MHz de bande passante, dans une cavité faite d'aluminium. Les avantages de la méthode sont étudiées en fonction des paramètres suivants: nombre d'antennes du miroir, nombre d'utilisateurs, bande passante, temps d'absorption du milieu, bruit externe présent dans le milieu.

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Dissertations / Theses on the topic 'Sub-Longueur d'onde'

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