Thèse soutenue

Micro-concentrateurs de lumière à base de métamatériaux polymères pour la détection infrarouge

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Auteur / Autrice : Johnny Moughames
Direction : Aurélien BruyantZiad Herro
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
Date : Soutenance le 13/07/2016
Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Université Libanaise
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
Partenaire(s) de recherche : Organisame gouvernemental étranger : National Council for Scientific Research
Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
Jury : Président / Présidente : Patrice Baldeck
Examinateurs / Examinatrices : Aurélien Bruyant, Ziad Herro, Patrice Baldeck, Bruno Gallas, Malek Tabbal, Doumit Zaouk
Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Gallas, Malek Tabbal

Résumé

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Dans cette thèse, nous développons des micro-concentrateurs de lumière en vue d’applications dans l’infrarouge. Les optiques, plates, de dimensions comparables à la longueur d’onde, sont formées d’une couche micronique de métamatériau, constituée de polymère structuré par des trous d’air. Une focalisation dans la zone de Fresnel des structures est recherchée en réalisant un gradient d’indice, obtenu en variant le diamètre des inclusions d’air (de λ//20 à λ/8). Des simulations électromagnétiques sont d’abord effectuées pour valider un design. La fabrication de ces concentrateurs repose sur la structuration d’une couche de photorésine à l’aide d’une technique de lithographie optique 3D à deux photons. Les mesures obtenues par l’imagerie infrarouge des structures montrent l’obtention d’une focalisation en accord avec les simulations pour un volume de concentrateur de 1,5 λ³, en dépit de l’absorption résiduelle de la résine choisie. Les structures proposées sont invariantes dans la direction axiale et peu épaisses, et peuvent donc être transférées dans d’autres types de matériaux ayant des indices de réfraction plus importants, comme le silicium. Les structures proposées peuvent également servir de plateforme pour réaliser un confinement sub-longueur d’onde par l’ajout d’antennes plasmoniques