Résonateurs photoniques sub-longueur d`onde

Résumé de thèse :
Résonateurs photoniques sub-longueur d’onde pour
l’amélioration des interactions lumière-matière
Soutenue par Brice Rolly, le 11 Octobre 2013 à 10h30 – laboratoire : Institut Fresnel, Marseille
Directeurs de thèse : Brian Stout, Nicolas Bonod
Les antennes optiques sont des structures qui permettent de convertir, dans les deux sens,
l'énergie électromagnétique entre un faisceau lumineux et une source (ou un absorbeur) localisée en
son sein. L'utilisation de résonateurs de taille inférieure à la longueur d'onde permet de réaliser cette
fonction de manière efficace, sur une bande spectrale relativement étendue, et d'avoir une antenne
compacte.
La bonne connaissance des propriétés optiques de ces résonateurs, pris séparément, et de
leurs couplages entre eux, est nécessaire pour pouvoir proposer des designs d'antenne efficaces.
Dans cette thèse, en se basant sur la décomposition multipolaire des champs et sur la méthode de la
matrice-T, on obtient des solutions analytiques rigoureuses pour des résonateurs sphériques et
homogènes, dont on tire des modèles simplifiés, intuitifs, et proches de la solution exacte des
équations de Maxwell.
Entre autre résultats, ces modèles nous ont permis de proposer un design d'antenne optique
compacte, directive, à taux de désexcitation et rendement quantique élevés en utilisant une structure
hybride métal-diélectrique. Des collaborations avec des expérimentateurs ont permis de valider,
d'une part les caractéristiques de chromophores auto-assemblés par ADN (S. Bidault à Paris), et
d'autre part, la possibilité d'utiliser plusieurs résonances électriques et magnétiques combinées
(supportées par des sphères diélectriques d'indice modéré, n=2,45) pour réfléchir ou bien collecter
le rayonnement d'un émetteur dipôle électrique placé à proximité (expérience menée dans le régime
micro-ondes par R. Abdeddaim et J-M. Geffrin).
Mots-clé : plasmonique, nanoantennes, optique, photonique, diffusion