SlideShare a Scribd company logo
1 of 42
Download to read offline
Propriétés optiques de matériaux
diélectriques nanostructurés:
Des cristaux photoniques aux métamatériaux

       Thèse présentée publiquement par Kevin Vynck

       Direction: Prof. David Cassagne & Dr. Emmanuel Centeno

       Groupe d'Etude des Semiconducteurs
       UMR 5650 CNRS - Université Montpellier II
       CC074, Place Eugène Bataillon
       34095, Montpellier Cedex 05, France
Le contrôle de la lumière: un défi du 21ème siècle
Les télécommunications
                                               L’énergie solaire

                                                                                Les Sciences de la Vie




                                                                                               © Université Laval




   © Oak Ridge National Laboratory
                                                   © Indiana Office of Energy
                                                   and Defense Development



  Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:                Introduction
           Des cristaux photoniques aux métamatériaux
Les piliers de la nanophotonique
      Les cristaux photoniques                                      Les métamatériaux




                                           © IBM                                             © Science

Définition: Matériaux dont l’indice de                   Définition: Arrangements de résonateurs
réfraction est modulé périodiquement à                   microscopiques      qui    se    comportent
l’échelle de la longueur d’onde.                         collectivement tels des milieux homogènes
                                                         aux propriétés optiques hors du commun.




Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:              Introduction
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux
Les différents thèmes abordés
            1ère partie:
            Confinement de la lumière dans les
            cristaux photoniques à base d’opales




                                                      2ème partie:
                                                      Guidage de la lumière avec la dispersion
                                                      spatiale des cristaux photoniques




  3ème partie:
  Etude théorique des métamatériaux
  à base de tiges diélectriques



Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:             Introduction
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux
1ère partie: Confinement de la
lumière dans les cristaux photoniques
à base d’opales
Les bandes interdites photoniques


                                                                                              Bandes interdites
                                                                                              photoniques



                                                                                              Courbes de
  Cristal photonique                                                                          dispersion
   bidimensionnel




                 Cavité résonante                    Guide d’ondes


                                                                         Confinement total de la
                                                                         lumière possible dans les
                                                                         structures tridimensionnelles.




Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:        Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   cristaux photoniques à base d’opales
Les opales: des cristaux photoniques à l’état naturel




                                                                 © Tyndall

                                                                     Structures auto-assemblées
                                                                                     ⇓
                                                                 Technologies tout-optiques à faible
                                                                     coût et à grande échelle.

                                                                 Objectif: Création de cavités
                                                                 résonantes monomodes et de
                                                                 guides d’ondes monomodes à large
                                                 © F. Mazzero
                                                                 bande.


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                cristaux photoniques à base d’opales
Propriétés optiques des opales




                     Opale directe                                       Opale inverse


                                             ue                     Bande interdite photonique
                                        toniq
                                      ho
                                    ep
                              erdi t
                           int
                        de
                     ban
            s   de
         Pa


   Pas de motif existant de cavités                          Cavités et guides aux propriétés
   résonantes et de guides d’ondes.                          optiques limitées en terme de
                                                             performance et difficiles à réaliser.

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                cristaux photoniques à base d’opales
Quelques possibilités de confiner la lumière
Super-réseaux de défauts dans des monocouches de sphères

                                   Contraste d’indice + bande interdite photonique
                                   bidimensionnelle

                                               Guide d’ondes et cavité monomodes

                                   K. Vynck, D. Cassagne and E. Centeno, Opt. Express 14, 6668 (2006).


Hétérostructures 2D-3D à base d’opales inverses

                                   Bandes interdites photoniques bi- et tridimensionnelles


                                             Guide d’onde monomode à large bande
                                             (128 nm à λ=1.55 μm).


                                   G.X. Qiu, K. Vynck, D. Cassagne and E. Centeno, Opt. Express 15, 3502 (2007).



Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:         Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                    cristaux photoniques à base d’opales
Opales inverses purement tridimensionnelles
         Confinement de la lumière dans                                                       Maille graphite de
         les opales inverses ↔ Etude de                                                       tiges diélectriques
         leurs sections transversales.

Avantages:
• Modélisation: Etudes préliminaires purement bidimensionnelles.
• Expérimentation: Défauts réalisable par écriture directe au laser.


                    Ecriture directe au laser (polymérisation à deux photons)




            S. A. Rinne, F. Garcia-Santamaria, and P. V. Braun, Nature Photon. 2, 52 (2007)

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:            Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                      cristaux photoniques à base d’opales
Motif de cavité résonante monomode
       Maille graphite de tiges (2D)                                  Opale inverse (3D)




                                                                                     3D FDTD
        Polarisation E


      Opale avant inversion

                              Sphères diélectriques


                              Défaut ponctuel                    a/λ=0.625 avec t=0.3a

                                                                 t : épaisseur du défaut

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:    Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux               cristaux photoniques à base d’opales
Motif de guide d’ondes monomode à large bande
     Maille graphite de tiges (2D)                                     Opale inverse (3D)
                    Polarisation E
                 ΓK



                                                                       110 nm à
                                                                       λ=1.55 μm




     Opale avant inversion                                       t : épaisseur du défaut

                             Sphères diélectriques
                                                         Création de cavités résonantes et guides
                                                         d’ondes avec d’excellentes propriétés et
                                                         réalisable expérimentalement dans les
                             Défaut linéaire             opales inverses.


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Confinement de la lumière dans les
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                cristaux photoniques à base d’opales
2ème partie: Guidage de la lumière
avec la dispersion spatiale des
cristaux photoniques
Les surfaces de dispersion

                                                                                    Courbes iso-
                                                                                     fréquences




    La vitesse de groupe vg normale                      Anisotropie des courbes iso-fréquences
    aux courbes iso-fréquences:                          ⇒ Phénomènes de réfraction anormale.


       v g = ∇ kω (k )                vg              Objectif: Contrôle accru de la propagation
                                                      de la lumière (trajectoires, faisceaux, ...)


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Guidage de la lumière avec la dispersion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                  spatiale des cristaux photoniques
Modifier la trajectoire de la lumière
                                                                                Principe de Fermat
                                                                              Indice de réfraction n(r)
                                                                                            ⇓
                                                                              Chemin optique courbé.


                                                                           Possibilité de reproduire cet
                                                                           effet dans les cristaux
                                                                           photoniques avec davantage
                                                    © J. C. Casado
                                                                           de flexibilité.



                                                                                             Gradient de
                                                                                             l’indice de
                                                                                             réfraction de l’air

                                                                                                 Surface terrestre



Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:       Guidage de la lumière avec la dispersion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                      spatiale des cristaux photoniques
Les cristaux photoniques à gradient
                                                            Faisceau incident         Courbes iso-fréquences
   Modification progressive                                                           et vitesses de groupe
   des propriétés dispersives
   du cristal photonique.




                                                   Cristal photonique
E. Centeno, D. Cassagne, and J.-P.                     à gradient
Albert, Phys. Rev. B 73, 235119 (2006).




 Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:    Guidage de la lumière avec la dispersion
          Des cristaux photoniques aux métamatériaux                  spatiale des cristaux photoniques
Etude des courbes iso-fréquences
                       2Δk




                                                   2D multiple scattering matrix                 λ=1.55 μm




Facteurs importants:
1. Dispersion des vecteurs d’onde                         Mise en évidence de la capacité des
2. Force du gradient                                      cristaux photoniques à gradient à
                                                          manipuler la lumière.
3. Anisotropie des courbes iso-fréquences


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:    Guidage de la lumière avec la dispersion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   spatiale des cristaux photoniques
Validation par l’expérience (menée à l’IEF)
Modélisation (GES)
Expérimentation (IEF)




                         Cristal photonique
                         métallique dans les
                         micro-ondes.



                                                                                         E. Akmansoy, E. Centeno, K. Vynck, D.
                                                                                         Cassagne and J.-M. Lourtioz, Appl. Phys.
                                                                                         Lett. 92, 133501 (2008).

                        Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Guidage de la lumière avec la dispersion
                                Des cristaux photoniques aux métamatériaux                    spatiale des cristaux photoniques
Couplage à des cristaux photoniques étendus
Le cas des cristaux photoniques en régime de supercollimation
                          Espace réciproque                                    Espace direct




          Lumière                         Cristal                 Faisceau       Faisceau        Faisceau
         incidente                    photonique                  incident       collimaté       transmis


            Etat de l’art                    Cristal photonique
                                             silicium-sur-isolant.
• Efficacités de couplage
relativement faibles.
                                                                                       © J. C. Casado
• Structures difficiles à intégrer           Opération sous la ligne
sur des plateformes photoniques.             de lumière, centrée sur
                                             λ=1.55 μm.

 Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:    Guidage de la lumière avec la dispersion
         Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   spatiale des cristaux photoniques
Adaptation modale
Excitation des modes dans la
 zone de supercollimation




                                                    Monomode étendu dans la couche guidante.




                                                                                              3D FDTD
            Inégalité

      Δx ⋅ Δk ≥ 1 2
             Taille minimale de faisceau incident
Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Guidage de la lumière avec la dispersion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                  spatiale des cristaux photoniques
Adaptation d’impédance                                                                  Transmission ~ 95 %
                                                                                        Réflexion < 0.2 %
Adapter l’impédance transverse du
cristal photonique à celle du guide
d’excitation.




                                                                                                     3D FDTD

Coupe de la bordure du
cristal photonique



                                                                 Démonstration      d’un    couplage
                                                                 efficace entre un guide externe
                                                                 monomode intégré et un cristal
                                                                 photonique      en     régime    de
                                                                 supercollimation
    λ=1.55 μm
                                                            K. Vynck, E. Centeno, M. Le Vassor d’Yerville, and D.
                                                            Cassagne, Appl. Phys. Lett. 92, 103128 (2008).

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:      Guidage de la lumière avec la dispersion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                     spatiale des cristaux photoniques
3ème partie: Etude théorique des
métamatériaux à base de tiges
diélectriques
Le magnétisme artificiel
                                                                   Split-ring resonator


  Matériaux naturels ⇒ pas de comportement
     magnétique dans le domaine optique

                    Atomes artificiels magnétiques                                          D. R. Smith et
                                                                                            al., Phys. Rev.
                                                                                            Lett. 84, 4184
                                                                                            (2000).




    Atomes artificiels polarisables        Homogénéisation              Milieu homogène
       (Echelle microscopique)                                       (Echelle macroscopique)


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Vers un contrôle ultime de la lumière
 Comportement main-gauche                          n=1             n=-1              n=1


  Permittivité ε et perméabilité μ
    simultanément négatives

         n = ± εμ < 0                          Objet                                 Image

                                                                  Lentille           V. G. Veselago, Sov. Phys.
                                                                  parfaite           Usp. 10, 509 (1968)



         Espace virtuel
       électromagnétique

Variation spatiale des propriétés
  effectives du métamatériau

          ε (r ), μ (r )
 J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R.
 Smith, Science 312, 1780 (2006)

 Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:      Etude théorique des métamatériaux à
          Des cristaux photoniques aux métamatériaux                         base de tiges diélectriques
Métamatériaux dans les fréquences optiques
                                                                  λ~1.5 μm
                                                                                                             es
                                                                                                      optiqu
                                                                                                nc es
                                                                                          fréque
                                                                                s   les
                                                                            dan
                                                                       rtes
                                                                    Pe

                                 λ~18 cm
R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz,                        G. Dolling et al., Opt. Lett. 31, 1800 (2006)
Science 292, 77 (2001)


 Métamatériaux à base de tiges diélectriques

    Résonances de Mie en polarisation E
    ⇒ Comportement main-gauche (ε <0, μ<0)

     Objectif: Théorie sur les propriétés
     optiques des structures à base de
     tiges diélectriques.                                                                     ε=600

    L. Peng et al., Phys. Rev. Lett. 98, 157403 (2007)

 Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
          Des cristaux photoniques aux métamatériaux                      base de tiges diélectriques
Démarche à suivre...
                                             Individuel → Collectif



          Tige diélectrique      Dipôle

                 Moments dipolaires
            électrique p et magnétique m




                                                                               Homogénéisation
                                                Comparaison



                                                                             Permittivité ε et
                  Courbes de                                             perméabilité μ effectives
                  dispersion


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:        Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                        base de tiges diélectriques
Etude microscopique: champ diffracté
          Description du champ diffracté par                       Ei k                            θ
          une tige diélectrique isolée.                                                  ε
1) Expression en champ lointain en fonction des coefficients de Mie :                            2R
            2 eikr −iπ 4 ⎛        ∞
                                              ⎞
   E (r ) =
      s
                   e     ⎜ s0 + 2∑ sn cos(nθ )⎟u z
            π kr         ⎝       n =1         ⎠
2) Expression sous forme d’intégrale (fonction de Green) :

                   H 01) (k r − r′ )(ε − 1)E(r′)d 2 r ′
            ik 2
   E (r ) =
      s
                 ∫
                     (

             4 C
Ecriture de H0(1) dans le champ lointain + développement multipolaire bidimensionnel
                                      ∞
                                          ik 2 (− ik )
                                                        n
              2 eikr −iπ
   E s (r ) =        e             4
                                     ∑ 4 n!                 ∫ (u r ⋅ r′)n (ε − 1)E(r′)d 2 r ′
              π kr                   n =0                   C

                                           Lien avec les coefficients de Mie     sn
Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:         Etude théorique des métamatériaux à
           Des cristaux photoniques aux métamatériaux                       base de tiges diélectriques
Etude microscopique: moments dipolaires

    Relation entre les coefficients de Mie et
    les expressions classiques des dipôles.
                                                                 Tige diélectrique       Dipôle



            ik 2 (− ik )
                               (u r ⋅ r′) (ε − 1)E(r′)d r ′ = ⎜ s0 + 2∑ sn cos(nθ )⎞u z
                                                              ⎛
        ∞                n                                             ∞

       ∑ 4 n!                ∫                                                     ⎟
                                        n                  2

       n =0                  C                                ⎝       n =1         ⎠

                                                                       p       4 s0
    Dipôle électrique (ordre 0):       p = ∫ P(r′)d 2 r ′                  =        uz
                                             C
                                                                      ε0       ik 2




                                                                                            − 4 s1
                                        r′ × J (r′)d 2 r ′
                                    1
   Dipôle magnétique (ordre 1): m =
                                    2C∫                                           mZ 0 =
                                                                                             ik 2
                                                                                                   uy


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                      base de tiges diélectriques
Résonances de Mie des tiges diélectriques




                                                                             s0 et s1 suffisent à décrire
                                                                             les propriétés optiques
                                                                             des réseaux de telles tiges
                                                                             diélectriques.




                                                                 ε=600




Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:      Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                       base de tiges diélectriques
Etude macroscopique: propriétés effectives (1/2)
     Homogénéisation            M. G. Silveirinha, Phys. Rev. E 73, 046612 (2006)


                         α zz
                           e                                    α yy
                                                                  m

    ε zz = 1 + N                               μ yy = 1 + N
                    1 − C zzα zz
                          e   e
                                                            1 − C yyα yy
                                                                  m m




      N       : densité de dipôles
      C       : constante d’interaction

     α e,m    : polarisabilités


    Résonances de εzz et de μyy
                     ⇓
         Ouverture de bandes
     interdites photoniques et de
         bandes main-gauche


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:           Etude théorique des métamatériaux à
          Des cristaux photoniques aux métamatériaux                          base de tiges diélectriques
Etude macroscopique: propriétés effectives (2/2)
   Comparaison du modèle effectif k x = ε zz μ yy ω c                                   ε, μ
   avec les courbes de dispersion du réseau de tiges.




                                                       εzz<0

                                                         μyy<0




                                                                 Des arrangements de telles tiges
                                                                 diélectriques peuvent être définis
                                                                 comme des métamatériaux au
                                                                 sens strict du terme.


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                     base de tiges diélectriques
Accordabilité des résonances
                Les propriétés optiques des réseaux de tiges diélectriques
                       se déplacent avec leurs résonances de Mie.




                             1ère résonance                 1ère résonance
                           dipolaire électrique          dipolaire magnétique




Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                     base de tiges diélectriques
Comparaison des structures de bandes


                                     εeff<0



                     μeff<0
                                                                       μeff<0          εeff<0




                                        Comportements similaires




Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Comparaison des courbes iso-fréquences
                    1ère bande                 1ère bande              2ème bande
                    (εeff,μeff>0)              (εeff,μeff<0)           (εeff,μeff>0)

          ε=600
          ε=12




        La     dispersion      spatiale                        Le rapport λ/a (régime
        provient de la réponse dipolaire                       homogène) n’est pas un
        magnétique des tiges.                                  critère d’isotropie.

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                     base de tiges diélectriques
Comportement main-gauche: la réfraction négative
                                                                                      a/λ=0.45
                                                                                          ε=12




             Comportement main-gauche réel
             provenant d’un effet collectif de
             résonances couplées, pas de la
             périodicité de la structure.


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Structures désordonnées: étude macroscopique (1/3)

                                                                              Point source

    Bande non-magnétique
            εeff>0, μeff=1




                                              Réponse diélectrique:
                                              Comportement isotrope, indépendant de la
                                              symétrie structurelle.

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Structures désordonnées: étude macroscopique (2/3)

                                                                              Point source

 Bande interdite photonique
            εeff<0, μeff>0




                                              Réponse diélectrique:
                                              La bande interdite photonique n’est pas un
                                              effet de périodicité mais de densité de tiges.

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Structures désordonnées: étude macroscopique (3/3)

                                                                              Point source

      Bande main-gauche
            εeff<0, μeff<0




                                              Réponse diélectrique et magnétique:
                                              La lumière est transportée via un réseau de
                                              résonances couplées.

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:   Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                   base de tiges diélectriques
Etats colliers microscopiques bidimensionnels

                                                                 Point source




     Transmission par le biais de chaînes de
     résonances: « états colliers microscopiques »

Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Etude théorique des métamatériaux à
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux                      base de tiges diélectriques
Les différents thèmes abordés
            1ère partie:
            Confinement de la lumière dans les
            cristaux photoniques à base d’opales




                                                      2ème partie:
                                                      Guidage de la lumière avec la dispersion
                                                      spatiale des cristaux photoniques




  3ème partie:
  Etude théorique des métamatériaux
  à base de tiges diélectriques



Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:             Introduction
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux
Collaborations

           Projet ANR POEM-PNANO, Propagation des ondes
        électromagnétiques dans les métamatériaux, 2007-2010.
          Réseau d’excellence PhOREMOST, Nanophotonics to realise
        molecular scale technologies, 2005-2008.
          Projet européen IST PHAT, Photonic hybrid architectures based on
        two- and three-dimensional silicon photonic crystals, 2004-2007.



           Tyndall National Institute (Cork, Ireland) : C. M. Sotomayor-Torres
           VTT Center for Microelectronics (Helsinki, Finland) : J. Ahopelto
           Johannes Gutenberg Universität (Mainz, Germany) : R. Zentel
           Commissariat à l’Energie Atomique (Grenoble, France) : E. Hadji
           Institut Fondamental d’Electronique (Orsay, France) : J.-M. Lourtioz
          Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et
        Nanostructures (Lyon, France) : J. Bellessa


Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés:     Conclusion
        Des cristaux photoniques aux métamatériaux
Propriétés optiques de matériaux
diélectriques nanostructurés:
Des cristaux photoniques aux métamatériaux

       Thèse présentée publiquement par Kevin Vynck

       Direction: Prof. David Cassagne & Dr. Emmanuel Centeno

       Groupe d'Etude des Semiconducteurs
       UMR 5650 CNRS - Université Montpellier II
       CC074, Place Eugène Bataillon
       34095, Montpellier Cedex 05, France

More Related Content

Viewers also liked

Take risks in your project!
Take risks in your project!Take risks in your project!
Take risks in your project!Marc Desrumaux
 
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapide
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapideSeadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapide
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapideDegrémont
 
Herramientas digitales 2
Herramientas digitales 2Herramientas digitales 2
Herramientas digitales 2Alejandro Reyes
 
Ireps prc cb
Ireps prc cbIreps prc cb
Ireps prc cbIreps
 
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examen
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examenL’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examen
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examenLCP Assemblée nationale
 
Exposition complète
Exposition complèteExposition complète
Exposition complèteMartin Roy
 
Manual bosch horno independiente hba23 r150e
Manual bosch   horno independiente hba23 r150eManual bosch   horno independiente hba23 r150e
Manual bosch horno independiente hba23 r150eAlsako Electrodomésticos
 
Carnet de l'actionnaire
Carnet de l'actionnaireCarnet de l'actionnaire
Carnet de l'actionnaireBOURBON
 
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociaux
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociauxGuide pratique pour débuter sur les medias-sociaux
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociauxChalifour
 
Guide
GuideGuide
Guidemmcdi
 
Atelier Start'UP (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...
Atelier Start'UP   (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...Atelier Start'UP   (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...
Atelier Start'UP (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...Connecting Startups
 

Viewers also liked (20)

Chapitre 2 matériaux
Chapitre 2 matériauxChapitre 2 matériaux
Chapitre 2 matériaux
 
Take risks in your project!
Take risks in your project!Take risks in your project!
Take risks in your project!
 
Manual bosch campana dwa06 e650
Manual bosch   campana dwa06 e650Manual bosch   campana dwa06 e650
Manual bosch campana dwa06 e650
 
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapide
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapideSeadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapide
Seadaf - Clarification des eaux de mer par flottation rapide
 
Herramientas digitales 2
Herramientas digitales 2Herramientas digitales 2
Herramientas digitales 2
 
Manual Balay - campana 3 bc998p
Manual Balay - campana 3 bc998pManual Balay - campana 3 bc998p
Manual Balay - campana 3 bc998p
 
Simulasi Soal CAT CPNS 2014
Simulasi Soal CAT CPNS 2014Simulasi Soal CAT CPNS 2014
Simulasi Soal CAT CPNS 2014
 
Coxyweb cv
Coxyweb cvCoxyweb cv
Coxyweb cv
 
Ireps prc cb
Ireps prc cbIreps prc cb
Ireps prc cb
 
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examen
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examenL’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examen
L’allocution de Nicolas Sarkozy suite à sa mise en examen
 
Exposition complète
Exposition complèteExposition complète
Exposition complète
 
Manual bosch campana a pared dwb07 d650
Manual bosch   campana a pared dwb07 d650Manual bosch   campana a pared dwb07 d650
Manual bosch campana a pared dwb07 d650
 
Manual bosch campana a pared dwk06 e650
Manual bosch   campana a pared dwk06 e650Manual bosch   campana a pared dwk06 e650
Manual bosch campana a pared dwk06 e650
 
Manual balay encimera 3 etg397bp
Manual balay   encimera 3 etg397bpManual balay   encimera 3 etg397bp
Manual balay encimera 3 etg397bp
 
Manual bosch horno independiente hba23 r150e
Manual bosch   horno independiente hba23 r150eManual bosch   horno independiente hba23 r150e
Manual bosch horno independiente hba23 r150e
 
Carnet de l'actionnaire
Carnet de l'actionnaireCarnet de l'actionnaire
Carnet de l'actionnaire
 
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociaux
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociauxGuide pratique pour débuter sur les medias-sociaux
Guide pratique pour débuter sur les medias-sociaux
 
Guide
GuideGuide
Guide
 
Atelier Start'UP (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...
Atelier Start'UP   (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...Atelier Start'UP   (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...
Atelier Start'UP (27.11.12) - Où et comment héberger sa société à moindre f...
 
Manual bosch combi kgn36 s71
Manual bosch   combi kgn36 s71Manual bosch   combi kgn36 s71
Manual bosch combi kgn36 s71
 

Similar to Optical properties of nanostructured dielectric materials: from photonic crystals to metamaterials

BEEM magnetic microscopy - Data Storage
BEEM magnetic microscopy - Data StorageBEEM magnetic microscopy - Data Storage
BEEM magnetic microscopy - Data Storageniazi2012
 
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdf
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdfcyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdf
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdfredmi009aa
 
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...NoriBen1
 
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...docteurgyneco1
 
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptx
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptxboites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptx
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptxIbtissamHhg
 

Similar to Optical properties of nanostructured dielectric materials: from photonic crystals to metamaterials (9)

BEEM magnetic microscopy - Data Storage
BEEM magnetic microscopy - Data StorageBEEM magnetic microscopy - Data Storage
BEEM magnetic microscopy - Data Storage
 
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdf
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdfcyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdf
cyto1an-methodes_etude_cellule2016.pdf
 
TP-Master-1.pdf
TP-Master-1.pdfTP-Master-1.pdf
TP-Master-1.pdf
 
Exp zncoo
Exp zncooExp zncoo
Exp zncoo
 
Lithography
LithographyLithography
Lithography
 
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...
Les Nanoparticules : Miracles Microscopiques pour un Avenir Technologique Rad...
 
Rapport de stage
Rapport de stageRapport de stage
Rapport de stage
 
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...
fdocuments.net_la-fibre-optique-21-mars-2013-david-carrin-sommaire-introducti...
 
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptx
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptxboites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptx
boites_quantique[1]_(2)[1] [Read-Only].pptx
 

Optical properties of nanostructured dielectric materials: from photonic crystals to metamaterials

  • 1. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Des cristaux photoniques aux métamatériaux Thèse présentée publiquement par Kevin Vynck Direction: Prof. David Cassagne & Dr. Emmanuel Centeno Groupe d'Etude des Semiconducteurs UMR 5650 CNRS - Université Montpellier II CC074, Place Eugène Bataillon 34095, Montpellier Cedex 05, France
  • 2. Le contrôle de la lumière: un défi du 21ème siècle Les télécommunications L’énergie solaire Les Sciences de la Vie © Université Laval © Oak Ridge National Laboratory © Indiana Office of Energy and Defense Development Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Introduction Des cristaux photoniques aux métamatériaux
  • 3. Les piliers de la nanophotonique Les cristaux photoniques Les métamatériaux © IBM © Science Définition: Matériaux dont l’indice de Définition: Arrangements de résonateurs réfraction est modulé périodiquement à microscopiques qui se comportent l’échelle de la longueur d’onde. collectivement tels des milieux homogènes aux propriétés optiques hors du commun. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Introduction Des cristaux photoniques aux métamatériaux
  • 4. Les différents thèmes abordés 1ère partie: Confinement de la lumière dans les cristaux photoniques à base d’opales 2ème partie: Guidage de la lumière avec la dispersion spatiale des cristaux photoniques 3ème partie: Etude théorique des métamatériaux à base de tiges diélectriques Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Introduction Des cristaux photoniques aux métamatériaux
  • 5. 1ère partie: Confinement de la lumière dans les cristaux photoniques à base d’opales
  • 6. Les bandes interdites photoniques Bandes interdites photoniques Courbes de Cristal photonique dispersion bidimensionnel Cavité résonante Guide d’ondes Confinement total de la lumière possible dans les structures tridimensionnelles. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 7. Les opales: des cristaux photoniques à l’état naturel © Tyndall Structures auto-assemblées ⇓ Technologies tout-optiques à faible coût et à grande échelle. Objectif: Création de cavités résonantes monomodes et de guides d’ondes monomodes à large © F. Mazzero bande. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 8. Propriétés optiques des opales Opale directe Opale inverse ue Bande interdite photonique toniq ho ep erdi t int de ban s de Pa Pas de motif existant de cavités Cavités et guides aux propriétés résonantes et de guides d’ondes. optiques limitées en terme de performance et difficiles à réaliser. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 9. Quelques possibilités de confiner la lumière Super-réseaux de défauts dans des monocouches de sphères Contraste d’indice + bande interdite photonique bidimensionnelle Guide d’ondes et cavité monomodes K. Vynck, D. Cassagne and E. Centeno, Opt. Express 14, 6668 (2006). Hétérostructures 2D-3D à base d’opales inverses Bandes interdites photoniques bi- et tridimensionnelles Guide d’onde monomode à large bande (128 nm à λ=1.55 μm). G.X. Qiu, K. Vynck, D. Cassagne and E. Centeno, Opt. Express 15, 3502 (2007). Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 10. Opales inverses purement tridimensionnelles Confinement de la lumière dans Maille graphite de les opales inverses ↔ Etude de tiges diélectriques leurs sections transversales. Avantages: • Modélisation: Etudes préliminaires purement bidimensionnelles. • Expérimentation: Défauts réalisable par écriture directe au laser. Ecriture directe au laser (polymérisation à deux photons) S. A. Rinne, F. Garcia-Santamaria, and P. V. Braun, Nature Photon. 2, 52 (2007) Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 11. Motif de cavité résonante monomode Maille graphite de tiges (2D) Opale inverse (3D) 3D FDTD Polarisation E Opale avant inversion Sphères diélectriques Défaut ponctuel a/λ=0.625 avec t=0.3a t : épaisseur du défaut Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 12. Motif de guide d’ondes monomode à large bande Maille graphite de tiges (2D) Opale inverse (3D) Polarisation E ΓK 110 nm à λ=1.55 μm Opale avant inversion t : épaisseur du défaut Sphères diélectriques Création de cavités résonantes et guides d’ondes avec d’excellentes propriétés et réalisable expérimentalement dans les Défaut linéaire opales inverses. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Confinement de la lumière dans les Des cristaux photoniques aux métamatériaux cristaux photoniques à base d’opales
  • 13. 2ème partie: Guidage de la lumière avec la dispersion spatiale des cristaux photoniques
  • 14. Les surfaces de dispersion Courbes iso- fréquences La vitesse de groupe vg normale Anisotropie des courbes iso-fréquences aux courbes iso-fréquences: ⇒ Phénomènes de réfraction anormale. v g = ∇ kω (k ) vg Objectif: Contrôle accru de la propagation de la lumière (trajectoires, faisceaux, ...) Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 15. Modifier la trajectoire de la lumière Principe de Fermat Indice de réfraction n(r) ⇓ Chemin optique courbé. Possibilité de reproduire cet effet dans les cristaux photoniques avec davantage © J. C. Casado de flexibilité. Gradient de l’indice de réfraction de l’air Surface terrestre Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 16. Les cristaux photoniques à gradient Faisceau incident Courbes iso-fréquences Modification progressive et vitesses de groupe des propriétés dispersives du cristal photonique. Cristal photonique E. Centeno, D. Cassagne, and J.-P. à gradient Albert, Phys. Rev. B 73, 235119 (2006). Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 17. Etude des courbes iso-fréquences 2Δk 2D multiple scattering matrix λ=1.55 μm Facteurs importants: 1. Dispersion des vecteurs d’onde Mise en évidence de la capacité des 2. Force du gradient cristaux photoniques à gradient à manipuler la lumière. 3. Anisotropie des courbes iso-fréquences Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 18. Validation par l’expérience (menée à l’IEF) Modélisation (GES) Expérimentation (IEF) Cristal photonique métallique dans les micro-ondes. E. Akmansoy, E. Centeno, K. Vynck, D. Cassagne and J.-M. Lourtioz, Appl. Phys. Lett. 92, 133501 (2008). Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 19. Couplage à des cristaux photoniques étendus Le cas des cristaux photoniques en régime de supercollimation Espace réciproque Espace direct Lumière Cristal Faisceau Faisceau Faisceau incidente photonique incident collimaté transmis Etat de l’art Cristal photonique silicium-sur-isolant. • Efficacités de couplage relativement faibles. © J. C. Casado • Structures difficiles à intégrer Opération sous la ligne sur des plateformes photoniques. de lumière, centrée sur λ=1.55 μm. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 20. Adaptation modale Excitation des modes dans la zone de supercollimation Monomode étendu dans la couche guidante. 3D FDTD Inégalité Δx ⋅ Δk ≥ 1 2 Taille minimale de faisceau incident Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 21. Adaptation d’impédance Transmission ~ 95 % Réflexion < 0.2 % Adapter l’impédance transverse du cristal photonique à celle du guide d’excitation. 3D FDTD Coupe de la bordure du cristal photonique Démonstration d’un couplage efficace entre un guide externe monomode intégré et un cristal photonique en régime de supercollimation λ=1.55 μm K. Vynck, E. Centeno, M. Le Vassor d’Yerville, and D. Cassagne, Appl. Phys. Lett. 92, 103128 (2008). Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Guidage de la lumière avec la dispersion Des cristaux photoniques aux métamatériaux spatiale des cristaux photoniques
  • 22. 3ème partie: Etude théorique des métamatériaux à base de tiges diélectriques
  • 23. Le magnétisme artificiel Split-ring resonator Matériaux naturels ⇒ pas de comportement magnétique dans le domaine optique Atomes artificiels magnétiques D. R. Smith et al., Phys. Rev. Lett. 84, 4184 (2000). Atomes artificiels polarisables Homogénéisation Milieu homogène (Echelle microscopique) (Echelle macroscopique) Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 24. Vers un contrôle ultime de la lumière Comportement main-gauche n=1 n=-1 n=1 Permittivité ε et perméabilité μ simultanément négatives n = ± εμ < 0 Objet Image Lentille V. G. Veselago, Sov. Phys. parfaite Usp. 10, 509 (1968) Espace virtuel électromagnétique Variation spatiale des propriétés effectives du métamatériau ε (r ), μ (r ) J. B. Pendry, D. Schurig, and D. R. Smith, Science 312, 1780 (2006) Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 25. Métamatériaux dans les fréquences optiques λ~1.5 μm es optiqu nc es fréque s les dan rtes Pe λ~18 cm R. A. Shelby, D. R. Smith, and S. Schultz, G. Dolling et al., Opt. Lett. 31, 1800 (2006) Science 292, 77 (2001) Métamatériaux à base de tiges diélectriques Résonances de Mie en polarisation E ⇒ Comportement main-gauche (ε <0, μ<0) Objectif: Théorie sur les propriétés optiques des structures à base de tiges diélectriques. ε=600 L. Peng et al., Phys. Rev. Lett. 98, 157403 (2007) Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 26. Démarche à suivre... Individuel → Collectif Tige diélectrique Dipôle Moments dipolaires électrique p et magnétique m Homogénéisation Comparaison Permittivité ε et Courbes de perméabilité μ effectives dispersion Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 27. Etude microscopique: champ diffracté Description du champ diffracté par Ei k θ une tige diélectrique isolée. ε 1) Expression en champ lointain en fonction des coefficients de Mie : 2R 2 eikr −iπ 4 ⎛ ∞ ⎞ E (r ) = s e ⎜ s0 + 2∑ sn cos(nθ )⎟u z π kr ⎝ n =1 ⎠ 2) Expression sous forme d’intégrale (fonction de Green) : H 01) (k r − r′ )(ε − 1)E(r′)d 2 r ′ ik 2 E (r ) = s ∫ ( 4 C Ecriture de H0(1) dans le champ lointain + développement multipolaire bidimensionnel ∞ ik 2 (− ik ) n 2 eikr −iπ E s (r ) = e 4 ∑ 4 n! ∫ (u r ⋅ r′)n (ε − 1)E(r′)d 2 r ′ π kr n =0 C Lien avec les coefficients de Mie sn Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 28. Etude microscopique: moments dipolaires Relation entre les coefficients de Mie et les expressions classiques des dipôles. Tige diélectrique Dipôle ik 2 (− ik ) (u r ⋅ r′) (ε − 1)E(r′)d r ′ = ⎜ s0 + 2∑ sn cos(nθ )⎞u z ⎛ ∞ n ∞ ∑ 4 n! ∫ ⎟ n 2 n =0 C ⎝ n =1 ⎠ p 4 s0 Dipôle électrique (ordre 0): p = ∫ P(r′)d 2 r ′ = uz C ε0 ik 2 − 4 s1 r′ × J (r′)d 2 r ′ 1 Dipôle magnétique (ordre 1): m = 2C∫ mZ 0 = ik 2 uy Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 29. Résonances de Mie des tiges diélectriques s0 et s1 suffisent à décrire les propriétés optiques des réseaux de telles tiges diélectriques. ε=600 Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 30. Etude macroscopique: propriétés effectives (1/2) Homogénéisation M. G. Silveirinha, Phys. Rev. E 73, 046612 (2006) α zz e α yy m ε zz = 1 + N μ yy = 1 + N 1 − C zzα zz e e 1 − C yyα yy m m N : densité de dipôles C : constante d’interaction α e,m : polarisabilités Résonances de εzz et de μyy ⇓ Ouverture de bandes interdites photoniques et de bandes main-gauche Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 31. Etude macroscopique: propriétés effectives (2/2) Comparaison du modèle effectif k x = ε zz μ yy ω c ε, μ avec les courbes de dispersion du réseau de tiges. εzz<0 μyy<0 Des arrangements de telles tiges diélectriques peuvent être définis comme des métamatériaux au sens strict du terme. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 32. Accordabilité des résonances Les propriétés optiques des réseaux de tiges diélectriques se déplacent avec leurs résonances de Mie. 1ère résonance 1ère résonance dipolaire électrique dipolaire magnétique Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 33. Comparaison des structures de bandes εeff<0 μeff<0 μeff<0 εeff<0 Comportements similaires Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 34. Comparaison des courbes iso-fréquences 1ère bande 1ère bande 2ème bande (εeff,μeff>0) (εeff,μeff<0) (εeff,μeff>0) ε=600 ε=12 La dispersion spatiale Le rapport λ/a (régime provient de la réponse dipolaire homogène) n’est pas un magnétique des tiges. critère d’isotropie. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 35. Comportement main-gauche: la réfraction négative a/λ=0.45 ε=12 Comportement main-gauche réel provenant d’un effet collectif de résonances couplées, pas de la périodicité de la structure. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 36. Structures désordonnées: étude macroscopique (1/3) Point source Bande non-magnétique εeff>0, μeff=1 Réponse diélectrique: Comportement isotrope, indépendant de la symétrie structurelle. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 37. Structures désordonnées: étude macroscopique (2/3) Point source Bande interdite photonique εeff<0, μeff>0 Réponse diélectrique: La bande interdite photonique n’est pas un effet de périodicité mais de densité de tiges. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 38. Structures désordonnées: étude macroscopique (3/3) Point source Bande main-gauche εeff<0, μeff<0 Réponse diélectrique et magnétique: La lumière est transportée via un réseau de résonances couplées. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 39. Etats colliers microscopiques bidimensionnels Point source Transmission par le biais de chaînes de résonances: « états colliers microscopiques » Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Etude théorique des métamatériaux à Des cristaux photoniques aux métamatériaux base de tiges diélectriques
  • 40. Les différents thèmes abordés 1ère partie: Confinement de la lumière dans les cristaux photoniques à base d’opales 2ème partie: Guidage de la lumière avec la dispersion spatiale des cristaux photoniques 3ème partie: Etude théorique des métamatériaux à base de tiges diélectriques Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Introduction Des cristaux photoniques aux métamatériaux
  • 41. Collaborations Projet ANR POEM-PNANO, Propagation des ondes électromagnétiques dans les métamatériaux, 2007-2010. Réseau d’excellence PhOREMOST, Nanophotonics to realise molecular scale technologies, 2005-2008. Projet européen IST PHAT, Photonic hybrid architectures based on two- and three-dimensional silicon photonic crystals, 2004-2007. Tyndall National Institute (Cork, Ireland) : C. M. Sotomayor-Torres VTT Center for Microelectronics (Helsinki, Finland) : J. Ahopelto Johannes Gutenberg Universität (Mainz, Germany) : R. Zentel Commissariat à l’Energie Atomique (Grenoble, France) : E. Hadji Institut Fondamental d’Electronique (Orsay, France) : J.-M. Lourtioz Laboratoire de Physique de la Matière Condensée et Nanostructures (Lyon, France) : J. Bellessa Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Conclusion Des cristaux photoniques aux métamatériaux
  • 42. Propriétés optiques de matériaux diélectriques nanostructurés: Des cristaux photoniques aux métamatériaux Thèse présentée publiquement par Kevin Vynck Direction: Prof. David Cassagne & Dr. Emmanuel Centeno Groupe d'Etude des Semiconducteurs UMR 5650 CNRS - Université Montpellier II CC074, Place Eugène Bataillon 34095, Montpellier Cedex 05, France