Aspects fondamentaux de la transmission optique exaltée de la lumière à travers des ouvertures sub-longueurs d'onde : optimisations, modélisations et applications
Institution:
StrasbourgDisciplines:
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Abstract EN:
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. [. . . ]
Abstract FR:
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. [. . . ]