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| Extension de la modélisation par FDTD en nano-optique (Extension of the FDTD modeling in nano-optics) | ||
Belkhir, Abderrahmane - (2008-11-26) / Université de Franche-Comté, Université Mouloud Mammeri (Algérie) - Extension de la modélisation par FDTD en nano-optique en : Français Directeur(s) de thèse: BAIDA , Fadi ; LAMROUS , Omar Laboratoire : FEMTO-ST Ecole doctorale : SPIM Classification : Physique, Sciences de l'ingénieur | ||
Mots-clés : BIP, FDTD (Finite Difference Time Domain), équations de Maxwell, cristaux photoniques, dispersion, incidence oblique Résumé : Cette thèse constitue un ensemble de travaux et de réflexions sur la question de la modélisation des applications électromagnétiques en nano-optique en utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Dans un premier temps, des codes FDTD bidimentionnels pour le calcul de bandes interdites photoniques ont été mis en oeuvre. Ces algorithmes tiennent comptes de la dispersion des métaux nobles dans la gamme optique décrite par le modèle de Drude ou de Drude-Lorentz. Ces programmes FDTD permettent de tenir compte de la propagation soit dans le plan perpendiculaire au plan d’invariance (appelé "cas dans le plan" ou "in-plane" en anglais) pour les deux polarisations TE et TM ainsi que le cas d’une propagation quelconque hors du plan (ou off-plane). Plusieurs diagrammes de bandes sont calculés et présentés pour les structures carrées et triangulaires dans les cas diélectriques et métalliques. Ensuite, nous avons implémenté un code BOR-FDTD, basé sur la discrétisation des équations de Maxwell exprimées en coordonnées cylindriques, pour la modélisation des guides d’ondes (ou d’autres objets) à symétrie de révolution. Les conditions absorbantes PML pour décrire l’espace libre sont intégrées à la BOR-FDTD ainsi que les deux modèles de Drude et de Drude-Lorentz. Des simulations ont été effectuées pour le calcul de modes propres de guides d’ondes coaxiaux et cylindriques sub-longueurs d’ondes faits en métal parfait et en métal réel (argent par exemple). Les résultats montrent la possibilité de guider des signaux optiques sans beaucoup de pertes dans un guide coaxial fait en argent de dimensions sublongueur d’onde. Ce dernier résultat est original et constitue une très importante avancée dans le domaine de la "nanoconnectique" en optique, plus particulièrement pour l’optique intégrée. Puis, un autre code numérique FDTD-3D a été élaboré pour la modélisation des structures périodiques (type cristaux photoniques tridimensionnels) éclairées en incidence oblique. Ce code intègre aussi les couches absorbantes PML ainsi que les modèles de dispersion de Drude et de Drude-lorentz. Les résultats obtenus sont comparés à ceux issus d’autres modèles théoriques. Les applications de ce code à l’étude de radôme, à l’excitation du mode TEM de la structure métallique à ouvertures annulaires et aux calculs des spectres d’extinction Raman montrent l’efficacité de la FDTD pour la modélisation de telles structures. Résumé (anglais) : This thesis concerns works on electromagnetics modelisations in nano-optics application using finite difference time domain method (FDTD). Firstly, bidimentional FDTD codes for photonic bande gaps calculation have been implemented. This approach takes into account the optical dispersion of nobel metals described in Drude and Drude-Lorentz models. This FDTD programs deal with the offplane and in-plane for two polarisations TE and TM. Several band structures have been calculated and presented for square and triangular lattices in case of metallic and dielectric materials. Next, we have implemented a BOR-FDTD code, based on a discretisation of Maxwell equations expresssed in cylindrical coordinates, in order to simulate elements with revolution symmetry. In addition to the Drude and Drude-Lorentz models adapted for this code, the perfectly matched layer (PML) are introduced in order to describe the free space. Calculations of eigenmodes in sub-wavelength coaxial and cylindrical waveguides have been made for perfect and real metals(silver for example). It is shown that Silver coaxial waveguide has propagative modes with weak losses. This interesting property is wellcomed in optical nano-connectics and particularly in integrated optics applications. Finally, another FDTD-3D numerical code has been performed for simulating periodic lattice structures in oblique incidence. This code includes the PML absorption conditions and also takes into account metal dispersion. Our results agree very well with other theoretical results published in the literature. This study allows numerous applications for simulating Raman extinction spectra, spectra, radar dome and excitation of the TEM mode of the Annular Aperture Array (AAA). Identifiant : UFC-331 | ||
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