Thèse soutenue

Métasurfaces incandescentes ultra rapides pour une émission spectralement sélective dans le moyen infrarouge avec un état de polarisation contrôlé

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Auteur / Autrice : Anne Nguyen
Direction : Jean-Jacques Greffet
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique
Date : Soutenance le 01/12/2022
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et Matière
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Charles Fabry (Palaiseau, Essonne ; 1998-....)
référent : Institut d'optique Graduate school (Palaiseau, Essonne ; 1920-....)
graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Physique (2020-....)
Equipe de recherche : Laboratoire Charles Fabry / Nanophotonique
Jury : Président / Présidente : Riad Haïdar
Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Greffet, Patrice Genevet, Yannick De Wilde, Delphine Marris-Morini
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrice Genevet, Yannick De Wilde

Résumé

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Le moyen infrarouge (MIR) est un domaine spectral central pour de nombreuses applications. Cependant, leur développement est limité par l'absence de sources bon marché, compactes, efficaces et robustes. L'incandescence est une solution répondant à la plupart de ces critères économiques. Les propriétés du rayonnement émis sont toutefois peu intéressantes, l'émission étant à large spectre, non polarisée et isotrope. Les sources thermiques sont également souvent volumineuses et par conséquent lentes car limitées par leur inertie thermique. Ces défauts peuvent être contournés avec l'aide d'outils récemment développés en nanophotonique et nanofabrication. Dans cette thèse, nous concevons, optimisons, fabriquons et caractérisons plusieurs sources incandescentes permettant d'obtenir un rayonnement dans la bande II du MIR avec un spectre et un état de polarisation contrôlés, offrant la possibilité d'une modulation temporelle du signal émis au-delà du mégahertz. Dans un premier temps, nous présentons une source optimisée pour émettre à 5 microns avec une faible largeur spectrale et un fort degré de polarisation linéaire. La modulation de l'émission est contrôlée par sa température dont la modulation rapide est permise par son faible volume et par conduction vers un substrat plus froid. Le contrôle de son spectre d'émissivité est obtenu grâce à un résonateur de type écran de Salisbury. L'état de polarisation est contrôlé en utilisant une métasurface à base de fils métalliques. Nous nous intéressons également au rendement de ce type de source et déterminons les paramètres libres permettant de l'améliorer. Dans un deuxième temps, nous proposons une source optimisée pour émettre dans le MIR, avec un fort degré de polarisation circulaire et modulable rapidement. Cette dernière reprend l'architecture de la première source, bénéficiant ainsi des mêmes avantages en termes de rapidité de modulation et de contrôle du spectre d'émissivité. Le contrôle de l'état de polarisation est obtenu en utilisant une métasurface à base de nanorésonateurs chiraux ayant un couplage différent avec l'une ou l'autre des hélicités de polarisation circulaire. La caractérisation expérimentale de l'état de polarisation du rayonnement émis a également demandé le développement d'un polarimètre de Stokes performant opérant dans le MIR.