Imagerie hyperspectrale en champ proche optique (développement et applications à la nanophotonique)

La microscopie en champ proche optique permet d'analyser les phénomènes optiques avec une résolution spatiale sublongueur d'onde comme par exemple la localisation et la propagation de la lumière dans des cristaux photoniques. D'une manière générale, les méthodes de microscopie en champ proche optique reposent sur le positionnement à l'échelle nanométrique d'une sonde locale à proximité de l'échantillon à analyser, puis sur la détection du signal diffusé et collecté lors du balayage de la sonde. En fonction du type de détection optique mise en oeuvre ou du type de sonde utilisée, les grandeurs physiques communément accessibles par ces méthodes sont les distributions spatiales de l'amplitude et de la phase ou de l'intensité des composantes électriques ou magnétiques du champ sondé.Ce travail de thèse est consacré à la mise en place d'une détection hyperstectrale en champ proche optique dans le but de comprendre et de caractériser, à des échelles sublongueurs d'onde, les propriétés spectrales et spatiales de systèmes optiques miniaturisés. L'imagerie hyperstectrale fournit en une seule acquisition, une série d'image à chaque longueur d'onde dans les gammes spectrales visibles, infrarouges et aux longueurs d'onde des télécommunications optiques. Cette nouvelle technique d'imagerie a permis l'observation, sur une large bande spectrale, de phénomènes électromagnétiques dépendant de la longueur d'onde tels que les effets superprisme et mirage dans les cristaux photoniques et la mise en forme de faisceaux de Bessel plasmoniquesThe scanning near-field optical microscopy (SNOM) is used to analyze optical phenomena at the sub-wavelength scale such as light localization and propagation in photonic crystals or plasmonic devices. In any case, SNOM experiments rely on the positioning of a local probe in the optical near field of a given structure and on the detection of the surrounding evanescent waves. Depending on the nature of the probe or on the optical detection method, the detected physical properties are the spatial distributions of the amplitude and phase or the intensity of the electric and magnetic components of the probed field. We present here the implementation of an innovative hyperspectral near-field imaging method which aims to detect both spectral and spatial properties of an optical nanosystem at the subwavelength scale. The presented method provides a batch of images over a broad spectral range at visible; near-infrared and telecommunication wavelengths. Using this technique, we report here the near-field observations through the spectrum of the emblematic electromagnetic phenomena involved in photonic crystals and plasmonics such as light waveguiding, trapping or beam shapingDIJON-BU Doc.électronique (212319901) / SudocSudocFranceF

Near-field spectroscopy of low-loss waveguide integrated microcavities

International audienceA scanning near-field spectroscopy method is used to observe loss reduction and Q-factor enhancement due to transverse-mode profile matching within photonic-crystal microcavities. Near-field measurements performed directly on cavity modes are compared with three-dimensional calculations and quantitative agreement is observed. (c) 2006 American Institute of Physics

Etude et réalisation d'un microscope de champ proche optique avec asservissement de type "shear force" (application à l'étude en champ proche du vieillissement de fibres optiques)

Dans le cadre d'utilisation des fibres optiques dans les réseaux FTTH (Fiber To The Home) et FTTB (Fiber To The Building), celles-ci subissent des contraintes et un environnement plus sévères que les fibres placées dans les réseaux actuels, c'est à dire les réseaux sous-marins et les réseaux enterrés. La fibre optique subit au cours du temps une modification de ses propriétés mécaniques, dûe à la diffusion d'eau à travers le revêtement polymère qui protège la fibre. Cette présence d'eau à l'interface silice-revêtement entraîne une modification de l'état de surface de la fibre optique. A cet effet dans ce travail de thèse nous avons développé un dispositif expérimental permettant l'étude à l'échelle nanométrique de la surface de silice des fibres optiques. Il s'agit d'un microscope de champ proche optique avec une régulation de type " shear force ". Cette technique fournit une information double, une information topographique et une information de nature optique. Dans un premier temps, nous présentons les notions concernant les propriétés mécaniques des fibres et les techniques de caractérisation s habituelles dans le domaine de la fiabilité. Ensuite, le dispositif de champ proche optique mis au point est détaillé, en particulier la partie concernant la boucle de rétroaction utilisant la force de cisaillement...DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Etude en champ proche et en champ lointain de composants périodiquement nanostructurés (cristaux photoniques et tamis à photons)

Avec l'évolution rapide des techniques de nanofabrication, ces dix dernieres années ont vu l'émergence de nouveaux composants pour l'optique dont la caractéristique principale est d'^etre constitués par la répétition d'un motif périodique de dimension sub-longueur d'onde. Ce travail de these est consacré a l'étude en champ proche et en champ lointain de deux fa- milles de composants périodiques : les cristaux photoniques et les réseaux métalliques présentant une transmission exaltée, ou "tamis a photons". Nous commencerons par étudier des cristaux photoniques bidimensionnels sur membrane. Notre microscope en champ proche nous permettra d'accéder a la distribution spatiale de l'intensité a l'intérieur de microcavités a cristal photonique. Nous mettrons également en évidence l'existence d'un couplage entre les modes guidés pair et impair d'un guide droit a cristal photonique. Dans une seconde partie, nous nous intéresserons a des réseaux métalliques en transmission. Gr^ace a la méthode différentielle, qui permet de modéliser efficacement ces structures, nous discuterons les propriétés physiques de réseaux uni- dimensionnels avec ou sans ouvertures. Le r^ole des modes plasmon-polaritons de Bloch dans le processus de transmission au travers de structures sans ouvertures sera clairement établi.Recently, a new class of optical components is appeared. Its main characteristic is to be formed by a periodical sub-wavelength pattern, leading to the apparition of a spectral domain where propagation of light inside the structure is forbidden a photonic bandgap. This work is devoted to the study in the near- and far-field of two kinds of periodical optical components : photonic crystals (PCs) and nanostructured metallic films that exhibit the so-called enhanced transmission. First, we study two-dimensional PCs with a scanning near-field optical microscope (SNOM) in collection mode. With this SNOM, we directly map the intensity distribution inside PC-based microcavities. We also evidence the coupling between the even and odd modes inside a PC-based waveguide. Next, we study metallic gratings in transmission. Using the differential method, we discuss the optical properties of one-dimensional gratings with or without apertures. The role of surface plasmon-polariton Bloch modes in the resonant transmission process through apertureless structures is clearly evidenced.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF

Frustrated total internal reflection: the Newton experiment revisited

International audienceThree centuries ago, Isaac Newton reported the experimental observation of the tunnelling of a light ray between two prisms separated by a small gap once one of them was shinned in total internal reflection. This article describes a modern revisit of this seminal Newton’s experiment, generally known as the Frustrated Total Internal Reflection. This experiment was created in the framework of a series of lectures about near-field optics and nanophotonics for Master students. During a 4h lab work session, the students are running the experiment to evidence and quantify the evanescent wave on top of a glass prism once illuminated above the critical angle

Etude en champ proche et champ lointain de surfaces métalliques (apport des microscopies à sonde locale à l'étude des étalons de masse)

Dans le Système International d'unités (SI) le kilogramme est l'unité de masse, qui est définie comme étant égale à la masse du prototype international du kilogramme en platine iridié. Le contrôle des étalons de masse est essentiel vis à vis, entre autre, des industries qui doivent garantir une production calibrée. Ce travail est consacré à l'étude en champ proche et champ lointain des surfaces des étalons de masse métalliques, en lien avec différents instituts, laboratoires nationaux et internationaux de la métrologie. Nous avons mené deux types de mesures : mesures de type shear-force pour déterminer la topographie locale de la surface et mesures en champ proche optique pour approfondir l'analyse de la surface par mesure optique localisée à haute résolution. Une analyse de l'évolution de la topographie des surfaces des étalons de masse et de la structure du champ proche optique diffracté par les défauts de ces surfaces a été menée au cours de ce travail de thèse.Among the international system of units (SI) the kilogram is the only one which is still defined by a material artefact, the international prototype of the platinum iridium kilogram. The instability of mass standards is one of the major concerns of national metrology institutes and the subject of numerous studies. Interest in microscopic studies of surface quality of a mass has grown, as it is well known that surface roughness is a factor in determining the long-term stability of mass standards. This thesis is devoted to the near field and far field study of the topography and roughness of metallic surfaces, related with different institutes, national and international metrology laboratories. An important part of this thesis is devoted to the application of the SNOM and ShFM. The great interest here is that the ShFM provide a topographical image of the surface under study while the SNOM can provide an optical image of the same surface with high resolution.DIJON-BU Sciences Economie (212312102) / SudocSudocFranceF