Contrôle de front d’onde optique dans des systèmes désordonnés résonants et nonlinéaires - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Optical wavefront shaping in resonant and nonlinear disordered media

Contrôle de front d’onde optique dans des systèmes désordonnés résonants et nonlinéaires

Gauthier Roubaud
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1183300
  • IdRef : 265462312

Résumé

My thesis project is at the interface between nanophotonics and the optics of complex media: its objective is to take advantage of the field enhancements provided by sub-wavelength resonators in a disordered geometry and to exploit these spatial degrees of freedom by wavefront shaping. Nonlinear interactions in disordered and resonant nanophotonic systems are optimized by controlling the phase of a femtosecond laser. The first part of the thesis deals with disordered plasmonic gold surfaces that exhibit both localized and delocalized plasmonic modes: using an iterative algorithm associated with a spatial light modulator enhancement of the nonlinear luminescence emitted by the gold métasurface is obtained on any chosen point. This process originates from optimization of the phase modulation of delocalized modes and constructive interference of the local near-field at a chosen location. Subsequently a statistical imaging method to map in the far-field the spatial distribution of local field enhancements as well as the local density of delocalized plasmonic modes is presented. The last part of the thesis deals with dielectric resonators with large nonlinear conversion efficiency. Dark-field scattering spectra of silicon or gallium phosphide nanoparticles evidence the emergence of Mie resonances and validate our large-scale and low-cost fabrication methods. Furthermore, nonlinear optical properties of the nanoparticles indicate that these resonators are novel building blocks for nonlinear and resonant disordered metamaterials.
Ma thèse s’inscrit à l’interface de la c et de l’optique des milieux complexes: l’objectif est de profiter des exaltations du champ dans des résonateurs sub-longueur d’onde dans une géométrie désordonnée afin d’exploiter ces degrés de liberté spatiaux par contrôle de front d’onde. Je vais donc m’intéresser à optimiser, en manipulant la phase d’un laser femtoseconde, les interactions non linéaires dans des systèmes nanophotoniques désordonnés et résonants. J’ai commencé par étudier une surface plasmonique désordonnée d’or qui présente des résonances plasmoniques localisées et délocalisées : en utilisant un algorithme itératif associé à un modulateur spatial de lumière, j’ai pu exalter la luminescence non linéaire émise en un point choisi de la métasurface d’or. Cette optimisation provient de la modulation en phase de modes délocalisés, ce qui permet de les faire interférer constructivement en un point choisi pour optimiser le champ local. J’ai ensuite développé une méthode d’imagerie statistique permettant de visualiser en champ lointain la répartition des exaltations locales du champ ainsi que la densité de modes délocalisés. Je me suis finalement intéressé aux résonateurs diélectriques pour leur grande efficacité de conversion non linéaire. En caractérisant la diffusion en champ sombre de nanoparticules de silicium et de phosphure de gallium, la présence de résonances de Mie valide notre méthode de fabrication à grande échelle et bas coûts de ces résonateurs. Enfin, leurs propriétés optiques non linéaires montrent que ces résonateurs sont de nouvelles briques de bases pour concevoir des métamatériaux désordonnés résonants et non linéaires.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03850697 , version 1 (23-02-2021)
tel-03850697 , version 2 (14-11-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03850697 , version 2

Citer

Gauthier Roubaud. Contrôle de front d’onde optique dans des systèmes désordonnés résonants et nonlinéaires. Optique [physics.optics]. Sorbonne Université, 2020. Français. ⟨NNT : 2020SORUS462⟩. ⟨tel-03850697v2⟩
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