Quantum plasmonics: second-order coherence of surface plasmons launched by quantum emitters into a metallic film

We address the issue of the second-order coherence of single surface plasmons launched by a quantum source of light into extended gold films. The quantum source of light is made of a scanning fluorescent nanodiamond hosting five nitrogen-vacancy (NV) color centers. By using a specially designed microscopy that combines near-field optics with far-field leakage-radiation microscopy in the Fourier space and adapted spatial filtering, we find that the quantum statistics of the initial source of light is preserved after conversion to surface plasmons and propagation along the polycrystalline gold film.Comment: Second version with minor changes made to comply with Referees' comments. Editorially approved for publication in Phys. Rev. B on 22 June 201

Wave-mixing origin and optimization in single and compact aluminum nanoantennas

The outstanding optical properties for plasmon resonances in noble metal nanoparticles enable the observation of non-linear optical processes such as second-harmonic generation (SHG) at the nanoscale. Here, we investigate the SHG process in single rectangular aluminum nanoantennas and demonstrate that i) a doubly resonant regime can be achieved in very compact nanostructures, yielding a 7.5 enhancement compared to singly resonant structures and ii) the $\chi_{\perp\perp\perp}$ local surface and $\gamma_{bulk}$ nonlocal bulk contributions can be separated while imaging resonant nanostructures excited by a tightly focused beam, provided the $\chi_{\perp\parallel\parallel}$ local surface is assumed to be zero, as it is the case in all existing models for metals. Thanks to the quantitative agreement between experimental and simulated far-field SHG maps, taking into account the real experimental configuration (focusing and substrate), we identify the physical origin of the SHG in aluminum nanoantennas as arising mainly from $\chi_{\perp\perp\perp}$ local surface sources

Propagation de la lumière dans des matériaux diélectriques nanostructurés dopés lanthanides

Les matériaux présentant une architecture à l’échelle nanométrique sont de plus en plus présents dans les produits d’utilisation courante grâce à leur capacité à conférer des propriétés physiques exceptionnelles à des matériaux ou des substrats « classiques ». Je me suis intéressée aux problématiques fondamentales de nanomatériaux inorganiques oxydes, avec le souci de faire le lien entre leur structure et leurs propriétés physiques pour en améliorer les effets. La problématique de mes recherches se résume ainsi : Comment obtenir des films luminescents présentant à la fois une architecture nanométrique et des propriétés optiques performantes en termes de rendement de luminescence (interne et externe), de photostabilité et de transparence optique

Synthèse solvothermale de nanoparticules luminescentes

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Vitrocéramiques oxyfluorées transparentes dopées par des ions lanthanides. Matériaux nano-composites luminescents à 1.5 μm

This work is devoted to the study of transparent oxyfluoride glass-ceramics for the development of devices using optical amplification. The idea is to obtain more interesting materials than those that are currently used, i.e. single-crystals (which are difficult to synthesize and to shape) and glasses (with low optical and thermo-mechanical properties). Glass-ceramics, synthesized by the devitrification of a germanate glass (GeO2-PbO-PbF2), are formed of an amorphous oxide phase with fluoride nanocrystallites embedded into it. The originality of this work consists in developing glass-ceramics doped with several lanthanides fluorides (ErF3, YbF3 and CeF3) to optimize the absorption of these materials at 980 nm and their 1.5-μm emission, which corresponds to the maximum transparency of silica optical fibbers used in the telecommunication field. The study of the structure and morphology of the glass-ceramics, according to the nature of the doping ions Ln3+ and the thermal treatment, enabled to obtain a really good comprehension of the devitrification mechanisms. It has also evidenced the segregation of Ln3+ inside the nanocrystallites and not in the glassy phase of the glass-ceramics. Moreover, studies by optical spectroscopies as well as by electron paramagnetic resonance helped us to determine the localization of the doping ions in the ß-PbF2 network and to understand the optical properties of the glass-ceramics. Er3+ and Yb3+ ions are situated in cubic symmetry sites and also form clusters, probably hexameric. The proportion of the two types of Ln3+ depends on the Ln3+ concentration in these materials. The optical properties of these materials are similar to those of bulk ß-PbF2 single-crystals doped with Ln3+, synthesized as references in this work. As a result, glass-ceramics are probably as interesting as single-crystals for laser applications, with much easier synthesis. With glass-ceramics, it can be considered to develop optical amplifiers with big size and various shapes: plates, fibbers etc.Nous nous sommes intéressés, dans ce travail de thèse, à des vitrocéramiques transparentes oxyfluorées pour la réalisation de dispositifs d'amplification optique, afin de s'affranchir des inconvénients des monocristaux (difficulté de synthèse et de mise en forme) et des verres (propriétés thermomécaniques et optiques insuffisantes) habituellement utilisés. Les vitrocéramiques, synthétisées par la dévitrification d'un verre à base de GeO2:PbO:PbF2, sont formées d'une phase amorphe oxyde dans laquelle sont réparties des nanocristallites fluorées. L'originalité de ce travail réside dans le développement de vitrocéramiques multi-dopées par ErF3, YbF3 et CeF3 pour optimiser les propriétés d'absorption de ces matériaux à 980 nm et leur intensité d'émission à 1.5 μm, qui correspond au maximum de transparence des fibres optiques de silice utilisées pour le transport de l'information. L'étude de la structure et de la morphologie des vitrocéramiques, en fonction de la nature des ions Ln3+ dopants et des conditions de traitement thermique, a permis d'obtenir une bonne compréhension des mécanismes de dévitrification. Elle a également mis en évidence la ségrégation des ions dopants Ln3+ dans les nanocristallites au détriment de la phase vitreuse. En parallèle, des études par spectroscopie optique et spectroscopie par résonance paramagnétique électronique nous ont renseignés sur la localisation des ions dopants dans le réseau de ß-PbF2 et nous ont permis de comprendre les propriétés optiques des vitrocéramiques. Les ions Er3+ et Yb3+ se répartissent, d'une part, sur des sites cubiques de ß-PbF2 et, d'autre part, forment des clusters, probablement des hexamères, dans une proportion qui dépend de la teneur en Ln3+ des matériaux. Les propriétés optiques des vitrocéramiques sont similaires à celles des monocristaux massifs de ß-PbF2 dopés, élaborés en tant que référence dans ce travail. Il en résulte que les vitrocéramiques sont potentiellement intéressantes pour des applications lasers, au même titre que les monocristaux, tout en présentant une synthèse beaucoup plus simple. Elles ouvrent la voie à la réalisation de dispositifs amplificateurs optiques de grande taille et de formes variées: plaques, fibres etc

Nanoparticules luminescentes dopées par des ions lanthanides pour les LEDs blanches

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Vitrocéramiques oxyfluorées transparentes dopées par des ions lanthanides (matériaux nano-composites luminescents à 1.5 um)

Nous nous sommes intéressés à des vitrocéramiques transparentes oxyfluorées pour la réalisation de dispositifs d amplification optique, afin de s affranchir des inconvénients des monocristaux et des verres habituellement utilisés. Les vitrocéramiques, synthétisées par la dévitrification d un verre à base de GeO2:PbO:PbF2, sont formées d une phase amorphe oxyde dans laquelle sont réparties des nanocristallites fluorées. L originalité de ce travail réside dans le développement de vitrocéramiques multi-dope es par ErF3, YbF3 et CeF3 pour optimiser les propriétés d absorption de ces matériaux à 980 nm et leur intensité d émission à 1.5 m. L étude de la structure des vitrocéramiques a permis d obtenir une bonne compréhension des mécanismes de dévitrification et de mettre en évidence la ségrégation des ions dopants Ln3+ dans les nanocristallites. En parallèle, des études par spectroscopie nous ont renseignés sur la localisation des ions dopants dans le réseau de ß-PbF2. Grâce à leurs propriétés optiques intéressantes, les vitrocéramiques ouvrent la voie à la réalisation de dispositifs amplificateurs optiques de grande taille et de formes variées.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

How to measure low doping concentrations by NMR spectroscopy

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Glycothermal synthesis of Ce-doped garnet nanocrystals

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Synthesis of high-quality garnet-type Gd3Sc2Al3O12:Ce3+ nanocrystals

SPIE OPTO 2018, San Francisco, California, United StatesInternational audienc