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Nano-antennes optiques


Nano-antennes optiques

Le contrôle de l’interaction lumière-matière à de très faibles échelles est devenu un des objectifs majeurs de la photonique moderne. Cette évolution requiert le développement, la caractérisation et la manipulation à très petite échelle de nanostructures uniques de plus en plus complexes. Sur la base du développement de nano-antennes plasmoniques, nous avons développé de nouveaux dispositifs répondant à ces nouveaux enjeux scientifiques et technologiques. Un nouveau concept de microscopie optique en champ proche a été démontré, capable de cartographier les lignes de champs électriques et magnétiques optiques ainsi que les flux d’énergie à l’échelle sub-longueur d’onde, permettant ainsi le premier diagnostic électromagnétique complet des propriétés et performances des nanostructures optiques (fait marquant CNRS/INSIS 2011). Un nouveau concept de nano-antenne optique, baptisée nano-antenne « Diabolo », a été proposé pour concentrer le champ magnétique optique, sur la base d’un effet inductif optique nanométrique innovant. Cette nouvelle nanostructure métallique a permis de démontrer la capacité de la plasmonique à exalter le champ magnétique (>10000 confiné sur 20 nm) aux fréquences optiques, et de se positionner comme une alternative aux milieux ferromagnétiques qui sont inopérants dans cette gamme spectrale. De nouvelles perspectives sont ainsi ouvertes en magnéto-optique à l’échelle nanométrique. Nous avons par exemple prédit des augmentations très fortes et très localisées de la densité d’états optiques magnétiques (ou LDOS magnétique) dans les processus de fluorescence, ouvrant la voie vers le contrôle des transitions magnétiques optiques dans la matière (ACS Photonics, août 2015). Enfin, l’intégration de nano-antennes à l’extrémité de pointes fibrées de la microscopie optique en champ proche nous a permis de démontrer la première nano-pince optique intégrée sur fibre (Figure OPT3), apportant des fonctionnalités inédites à forts impacts scientifiques et économiques dans le domaine de la nano-manipulation 3D et du couplage lumineux dans des composants nanophotoniques, car s’affranchissant des optiques macroscopiques usuelles dans l’adressage de nanostructures.

Nano-antenne

Figure OPT3 : Nano-antenne à ouverture bowtie sur pointe fibrée utilisée par exemple comme nano-pince optique ultra-compacte.


Faits marquants :

  • Première cartographie expérimentale des lignes de champs électrique et magnétique optiques et de flux d’énergie à l’échelle sub-longueur d’onde par microscopie SNOM (fait marquant CNRS/INSIS 2011), vers un diagnostic électromagnétique complet des nanostructures photoniques.

  • Concept de nano-antenne « Diabolo » : confinement et augmentation du champ magnétique optique, vers un contrôle des transitions magnétiques optiques dans la matière.