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| Transmission exaltée à travers des tamis à photons à ouvertures annulaires : simulation et caractérisation (Extraordinary transmission through subwavelenth annular apertures : simulation and characterization) | ||
Poujet , Yannick - (2007-12-14) / Université de Franche-Comté - Transmission exaltée à travers des tamis à photons à ouvertures annulaires : simulation et caractérisation en : Français Directeur(s) de thèse: Baida , Fadi Issam ; Salvi , Jérôme Laboratoire : FEMTO-ST Ecole doctorale : SPIM Classification : Sciences de l'ingénieur | ||
Mots-clés : Ouvertures annulaires nanométriques, tamis à photons, transmission extraordinaire, FDTD, diffraction, snom, moses guides, réseau Résumé : Depuis quelques années, la communauté scientifique internationale s’intéresse fortement aux transmissions exaltées de la lumière à travers des films métalliques nanostructurés (ou « tamis à photons ») dans le domaine du visible et de l’infra-rouge. Ces tamis à photons offrent en effet de nombreuses applications dans le domaine de la nanophotonique (microscopie, fluorescence, SERS, génération de second harmonique, lithographie, filtrage, modulation...). Dans ce travail de thèse, nous proposons d’utiliser comme nano-structure. une matrice d’ouvertures annulaires percées dans un film opaque d’or ou d’argent. Ce type de cavités coaxiales rend possible l’excitation d’un mode guidé qui permet d’atteindre des transmissions nettement supérieures (90%) à celles obtenues par des tamis à photons basés basée sur les différences finies dans le domaine temporel pour résoudre les équations de Maxwell. L’influence des paramètres géométriques (diamètre intérieur et extérieur des ouvertures, période de la matrice, épaisseur du film métallique) et de la nature du métal est ainsi étudiée de façon à optimiser la configuration et d’obtenir une forte transmission dans le domaine du visible. Une cartographie du champ à l’intérieur des cavités ainsi qu’à la surface du métal est également calculée afin de caractériser l’exaltation du champ à l’intérieur des cavités et de déterminer la nature du mode guidé. Ce travail théorique s’appuie sur des caractérisations expérimentales effectuées en champ proche et en champ lointain. L’étude en champ proche a permis de cartographier le champ électrique au voisinage immédiat des ouvertures annulaires : la structure expérimentale met en évidence le rôle fondamental du mode TE11 dans l’exaltation de la transmission. Parallèlement, des spectres expérimentaux obtenus en champ lointain confirment, pour un film d’argent, une transmission d’environ 90% en parfait accord avec les prévisions théoriques. Ce résultat constitue, à notre connaissance, une première mondiale et offre de nombreuses perspectives quant aux applications possibles de tels tamis à photons à ouvertures annulaires. Résumé (anglais) : Extraordinary optical transmission through optically thick metallic films milled by nanometric apertures is receiving a continuously growing attention from the scientific community. This kind of nanostructures offers many applications in nano-photonics, microscopy, fluorescence, SERS, second harmonic generation, lithographyE In this thesis, we propose to enhance the transmission thanks to annular apertures. Indeed, this new geometry allows the excitation of a guided mode inside the cavity. This mode is responsible for a large transmission much higher than the one mediated by surface plasmon resonance. The theoretical study uses a numerical method based on a Finite Difference Time Domain algorithm. It consists in the direct resolution of the Maxwell’s equations by discretizing both space and time. The geometrical parameters (inner and outer diameters, period, metal thickness) and the metal nature have been optimized in order to obtain a large transmission in the visible range. Moreover, the electromagnetic field has been calculated inside the cavity and just above the surface to identify the guided mode. Near and far-field experiments have been carried out to characterize this structures. The experimental results are in good agreement with the theoretical predictions. The near-field study exhibits the fundamental role of the TE11 guided mode in the large transmission. One of the most striking results reported in this work is a transmission in the visible range up to 90% through a silver film engraved with annular nano-apertures. To our knowledge, we demonstrate here for the very first time an extraordinary optical transmission in the visible range with an efficiency as high as 90%. Identifiant : UFC-393 | ||
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