Optique non linéaire quadratique et cubique des nanoparticules d'or uniques

Quadratic and Cubic nonlinear optics from singles gold nanoparticles

• Auteur / Autrice : Emeric Bergmann
• Direction : Pierre-François Brevet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 03/12/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Joël Bellessa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-François Brevet, Olivier C. Martin, Benoît Boulanger
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ronan Le Dantec, Jérôme Wenger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polarisabilité (électricité)

Kerr, Effet

Nanoparticules d'or

Optique non linéaire

Mots clés libres

Optique Non Linéaire

Nanoparticules

Effets Kerr Optique

Hyper polarisabilité

Cubique

Quadratique

SHG

Génération de deuxième harmonique

Nonlinear optic

Nanoparticles

Optical Kerr effect

Hyper polarisability

Cubic

Quadratic

SHG

Second Harmonic Generation

Résumé

Le manuscrit présente une étude de la réponse optique non linéaire quadratique et cubique de nano-structures métalliques d'or déposées sur substrat. Le travail s'inscrit plus généralement dans le domaine de la plasmonique non linéaire et vise à mieux comprendre l'interaction entre les nanostructures et la lumière, dans un régime d'intensités incidentes fortes, lorsque la réponse n'est plus linéaire. Les exaltations des champs électromagnétiques locaux dans ces structures par les résonances de plasmon de surface, excitations collectives des électrons de conduction, favorisent en effet considérablement ces processus. Dans le cadre de la réponse quadratique, l'étude a essentiellement porté sur le processus appelé génération de second harmonique (SHG, acronyme pour Second Harmonic Generation) par lequel deux photons incidents à la fréquence fondamentale sont convertis en un photon à la fréquence harmonique double. Ce processus est fortement dépendant de la morphologie des nanostructures métalliques. Pour la réponse cubique, l'étude a porté sur les effets Kerr optiques qui décrivent la variation de l'indice optique des nanostructures avec l'intensité de l'onde incidente. Une attention toute particulière a été donnée aux conditions géométriques d'éclairement effectué avec une grande ouverture numérique. Le champ électromagnétique incident ne doit en effet plus être considéré dans l'approximation paraxiale

The manuscript reports a study about the quadratic and cubic nonlinear optical response from gold metallic nanostructures which are deposited onto substrates. The field of this work is more commonly known as nonlinear plasmonics and it consists in trying to understand the interaction between nanostructures and light, in a regime of high incident intensities when the response is no longer linear. The local electromagnetic field enhancement in these structures due to the surface plasmon resonance, the latters being collectives excitations of the conduction band electrons, increase drastically the cross-section for these processes. In the context of a quadratic response, the study has been focused on the Second Harmonic Generation (SHG) process whereby two incident photons at the fundamental wavelength are converted into one photon at twice the harmonic frequency. This process is highly dependent to the metallic nanostructures morphology. For the cubic response, the study has been focused on the optical Kerr effect which describes the optical index variation of nanostructure with the intensity of the incident wave.Specifics considerations have been taken into account about the geometrical illumination conditions which are performed with a large numerical aperture. The electromagnetic incident field cannot be anymore considered within the paraxial approximation