Subwavelength metallic gratings, applications to infrared optics.
Réseaux métalliques sub-longueur d'onde, applications à l'optique infrarouge.
Résumé
Surface plasmon polaritons in metallic nanostructures where light-matter interaction occurs at the sub-wavelength scale, open up new horizons in infrared optics such as new optical functions with miniaturized devices integrated in the detector vicinity. In this frame, two concepts were studied in this thesis. We first aimed at realizing an optical transmittance whose magnitude and phase vary spatially, using a mosaic of sub-wavelength gratings with different geometries (slit width, period). The optical transmitted phase and magnitude through individual gratings were calculated and measured. Both results are in excellent agreement and show that the involved non-resonant transmission leads to a wide spectral response. As an example, the synthesis of a 2D-sinusoidal transmittance is proposed as the diffractive element in a Quadri-Wave Lateral Shearing Interferometer for the wave front measurement. The second concept is based on resonance exaltation in free-standing metallic gratings to realize mid infrared spectral filters. A specific fabrication process was developed to obtain wide area drilled-membranes. Transmission peaks larger than 80% were measured, in excellent agreement with theoretical predictions. A multi-channel device composed of eleven of these filters (2.5 - 5 μm range) was integrated into a micro-camera. The analysis of the first images confirm the great potential of the sub-wavelength gratings for spectro-imaging applications.
Les interactions lumière-matière à l'échelle sub-longueur d'onde, mettant notamment en jeu l'excitation de plasmons de surface dans les nanostructures métalliques, offrent de nouvelles perspectives pour la conception de systèmes optiques infrarouges. Elles permettent des fonctions optiques innovantes, miniaturisées et intégrables au voisinage d'une puce de détection. Dans le cadre de cette thèse, nous avons exploré deux concepts pour l'infrarouge. Nous avons proposé de réaliser une transmittance optique modulée spatialement en amplitude et en phase, en utilisant une mosaïque de réseaux métalliques sub-longueurs d'onde de différentes géométries (largeur de fente, période). Les calculs et les mesures de la transmission optique de réseaux individuels, en amplitude et en phase, montrent que le mécanisme non résonant permet une utilisation sur une large bande spectrale. Nous donnons l'exemple de la reconstitution d'une sinusoïde 2D pouvant servir d'objet diffractif dans une application d'analyse de surface d'onde. Le deuxième concept est basé sur l'exaltation des résonances dans des réseaux métalliques suspendus pour réaliser des filtres spectraux dans les bandes II et III de l'infrarouge. Le développement d'un procédé de fabrication original a permis d'obtenir des membranes percées de grandes dimensions. Une transmission optique quasi-totale a été mise en évidence, conformément aux prédictions théoriques. Les résultats obtenus à l'aide d'une micro-caméra multi-voies intégrant une matrice de 11 filtres opérant sur la bande II (2,5 μm - 5 μm) confirment le potentiel des réseaux sub-longueurs d'onde pour des applications de spectro-imagerie.
Loading...