Hybridization of open photonic resonators - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Hybridization of open photonic resonators

Hybridation de résonateurs photoniques ouverts

Résumé

The control of the interaction between light and matter is of paramount importance in many modern technologies, with applications ranging from sensing to telecommunication and quantum information. Nanophotonic resonators allow to enhance this interaction by the storage and confinement of the light field.This thesis studies the hybridization of eigenmodes of nano- and microresonators, and in particular the properties of hybrid resonators composed of a dielectric cavity and plasmonic nanoantennas. Due to their lossy nature, in particular radiation, photonic resonators can only be well described in the framework of quasinormal modes theory (QNM). We confirm the relevance of such theories by investigating the physics of the perturbation of high-Q dielectric cavities aided by numerical and experimental works.Then we propose a theory to study the hybridization of multiple resonators and predict the properties of the ensemble. In the context of antenna-cavity hybrids, previous works have demonstrated the great potential of such resonators to enhance light-matter interaction further than what is achieved with their components taken individually. Here we show, with theoretical and experimental works that such resonators also offer additional degrees of control over the properties of the emitted light, such as directionality or beams carrying a pure orbital angular momentum. We furthermore investigate the performances of such hybrid resonators in the context of molecular optomechanics. Indeed, we show they can be an excellent platform to enhance Raman scattering, while simultaneously offering input and output channels with controllable properties for the pump and Raman signals.
Le contrôle de l'interaction entre la lumière et la matière est d'une importance capitale dans de nombreuses technologies modernes, avec des applications allant de la détection, aux télécommunications et à l'information quantique. Les résonateurs nanophotoniques permettent d'améliorer cette interaction par le confinement et le stockage du champ lumineux.Cette thèse étudie l'hybridation des modes propres des nano et microrésonateurs, et en particulier les propriétés de résonateurs hybrides composés d'une cavité diélectrique et de nanoantennes plasmoniques. Les résonateurs photoniques présentent toujours des pertes, en particulier par rayonnement, et ainsi, ne peuvent être bien décrits que dans le cadre de la théorie des modes quasi-normaux (quasinormal modes - QNM). Nous confirmons la pertinence de telles théories en étudiant numériquement et expérimentalement la perturbation de cavités diélectriques à facteurs de qualité élevés.Ensuite, nous proposons une théorie permettant d’étudier l'hybridation de plusieurs résonateurs pour ainsi prédire les propriétés de l’ensemble. Dans le cas d’hybrides antenne-cavité, des travaux antérieurs ont démontré le grand potentiel de ce type de résonateurs pour améliorer l'interaction lumière-matière au-delà de ce qui accessible avec leurs composants pris individuellement. Nous montrons ici, par le biais de travaux théoriques et expérimentaux, que ces résonateurs offrent également des degrés de contrôle supplémentaires sur les propriétés de la lumière émise, telles que la directionnalité, ou encore l’émission d’ondes présentant un moment angulaire orbital pur. Enfin, nous étudions les performances de tels résonateurs hybrides dans le cadre de l'optomécanique moléculaire. En effet, nous montrons qu'ils constituent une excellente plateforme pour augmenter la diffusion Raman, tout en offrant des canaux d’excitation et d’émission dont les propriétés peuvent-être contrôlées, pour les signaux de pompe et Raman.
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Dates et versions

tel-02865398 , version 1 (11-06-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02865398 , version 1

Citer

Kevin Cognee. Hybridization of open photonic resonators. Optics [physics.optics]. Université de Bordeaux; Universiteit van Amsterdam, 2020. English. ⟨NNT : 2020BORD0002⟩. ⟨tel-02865398⟩
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