Ali NOUHO ALI "Confinement électromagnétique sub-longueur d’onde et couplage entre nano-structures photoniques. Calcul de forces et de moments optiques"

Travaux de thèse de Ali NOUHO ALI : "Confinement électromagnétique sub-longueur d’onde et couplage entre nano-structures photoniques. Calcul de forces et de moments optiques"

Résumé : Ce travail de thèse constitue une contribution à la modélisation numérique de nouveaux dispositifs optiques à base des nano-structures de la photonique tel que les cristaux photoniques, les nano-antennes plasmoniques ou les métamatériaux à transmission exaltée. L’objectif est d’exploiter les propriétés de confinement de la lumière dans ces structures pour exalter davantage ce confinement ou les utiliser comme source de piégeage afin de manipuler des nano-particules métallo-diélectriques résonantes ou non-résonantes.
La première partie est consacrée à la modélisation du champ électrostatique local généré par l’application d’une tension continue aux bornes de deux électrodes, sur un diélectrique nano-structuré jouant le rôle de matériau actif dans des modulateurs électro-optiques. L’idée est d’exalter les champs électrostatique et optique locaux dans le matériau pour induire une modification plus conséquente de son indice local, conduisant ainsi à une amplification des effets non-linéaires dans ce dernier. Nous avons notamment montré qu’en optimisant la forme géométrique des électrodes et des paramètres géométriques de la structure, le champ électrostatique local peut être exalté davantage dans le matériau d’un facteur 6.
La deuxième partie concerne la modélisation des forces et moments optiques agissant dans des nano-structures par la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Après avoir présenté le principe de calcul des forces et moments optiques, une application a été considérée pour étudier le mouvement de translation et de rotation d’un disque diélectrique placé à la sortie d’une lame quart d’onde à base de métamatériau formé d’ouvertures coaxiales à section elliptique gravées dans un film métallique opaque. D’autre part, nous avons montré qu’une pince optique à base d’une nano-antenne Diabolo peut être utilisée pour trier et arranger des nano-particules diélectriques en fonction de leur dimension en maniant la longueur d’onde du faisceau incident.
La troisième et dernière partie est dédiée à l’étude de piégeage de nano-particules métallo-diélectriques et au couplage entre différents nano-résonateurs en fonction de la distance qui les sépare et en fonction de leurs natures. Une étude approfondie et détaillée est présentée pour analyser et comprendre les comportements de ces nano-résonateurs à l’échelle sub-longueur d’onde. Une application a été traitée portant sur le piégeage de nano-particules diélectriques par une nano-pince optique à base d’un cristal photonique couplé à une nano-antenne Bowtie

Composition du jury :

Fadi BAIDA, Professeur des Universités, Université Bourgogne - Franche-Comté, Directeur de thèse

Taha BENYATTOU, Directeur de Recherche, Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), Rapporteur

Nordin FELIDJ, Professeur, Univeristé PARIS DIDEROT, Examinateur

Maria-Pilar BERNAL, Directeur de Recherche, FEMTO-ST, Examinateur

Abdoulkader IBRAHIM IDRISS, Maître de Conférences, Université de Djibouti,  CoDirecteur de thèse

Abderrahmane BELKHIR, Professeur, Université de Tizi-Ouzou (Algérie), Rapporteur

Localisation : Salle des actes de l'UFR ST - UFR Sciences et Techniques, 16, route de Gray, 25000 BESANCON