La nanophotonique

Résumé

Propose une vue d'ensemble du domaine de la nanophotonique, allant des bases physiques des phénomènes sub-longueurs d'onde jusqu'aux aspects technologiques les plus avancés. Les cristaux photoniques, les microcavités, les techniques de sondes locales, les nanocristaux à semiconducteurs et la nanobiophotonique sont notamment abordés.

Éditeur(s)
- Hermès science publications
Date
- 2005
Notes
- Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 339 p. : ill. ; 24 x 16 cm
Collections
- Collection technique et scientifique des télécommunications
Sujet(s)
ISBN
- 2-7462-1105-X
Indice
- 621.41 Optique électronique
Quatrième de couverture
- La nanophotonique donne une vue d'ensemble d'un domaine en pleine émergence où l'on cherche à maîtriser et façonner les champs optiques à des échelles sub-longueurs d'onde.
  Cet ouvrage fait suite à une école de printemps du CNRS qui s'est tenue aux Houches (France). Il couvre ainsi un large spectre allant des bases physiques des phénomènes sub-longueurs d'onde jusqu'aux aspects technologiques les plus avancés. Les structures telles que les cristaux photoniques et les microcavités y sont présentées en incluant divers aspects de l'optique non linéaire. Les techniques de sonde locale sont analysées de même que leurs applications à la caractérisation de microdispositifs, notamment ceux qui se basent sur la plasmonique. Les thèmes émergents que sont les nanocristaux à semiconducteurs et la nanobiophotonique sont également présentés.
  Les étudiants et les scientifiques travaillant dans les nanosciences trouveront dans ce livre une source riche d'informations sur un nouveau domaine passionnant.
  Ce livre appartient à la Collection Technique et Scientifique des Télécommunications (CTST), publiée sous l'égide du GET (Groupe des écoles des télécommunications) avec le soutien de France Télécom R&D. La CTST rend compte des derniers développements dans l'ensemble des domaines des sciences et technologies de l'information et de la communication.
Tables des matières
- - La nanophotonique
  - sous la direction de Hervé Rigneault
  - Jean-Michel Lourtioz
  - Claude Delalande
  - Ariel Levenson
  - Hermes Science
  - Avant-propos 15
  - Jean-Michel Lourtioz, Claude Delalande, Ariel Levenson, Hervé Rigneault
  - Chapitre 1. Les cristaux photoniques: de la microphotonique à la nanophotonique 21
  - Pierre Viktorovitch
  - 1.1. Introduction21
  - 1.2. Rappels et prérequis24
  - 1.2.1. Equations de Maxwell24
  - 1.2.1.1. Modes optiques24
  - 1.2.1.2. Caractéristiques de dispersion24
  - 1.2.2. Cas simple de l'espace libre tridimensionnel et homogène24
  - 1.2.3. Structuration de l'espace et ingénierie des modes optiques25
  - 1.2.4. Exemples de structuration de l'espace: objets de «dimensionalité» réduite27
  - 1.2.4.1. Deux sous-espaces 3D27
  - 1.2.4.2. Propagation isotrope de dimensionalité 2: cavité planaire28
  - 1.2.4.3. Propagation de dimensionalité 1: fil photonique29
  - 1.2.4.4. Cas du guidage par l'indice (dimensionalité 2 ou 1)30
  - 1.2.4.5. Dimensionalité 0: (micro)cavité optique31
  - 1.2.5. Epilogue32
  - 1.3. Cristaux photoniques ID32
  - 1.3.1. Modes de Bloch33
  - 1.3.2. Courbes de dispersion d'un milieu périodique ID34
  - 1.3.2.1. Genèse et description des courbes de dispersion34
  - 1.3.2.2. Densité de modes et son évolution le long de la courbe de dispersion37
  - 1.3.3. Dynamique des modes de Bloch37
  - 1.3.3.1. Théorie des modes couplés38
  - 1.3.3.2. Durée de vie d'un mode de Bloch38
  - 1.3.3.3. Facteur de mérite d'un mode de Bloch39
  - 1.3.4. Les marques distinctives des cristaux photoniques40
  - 1.3.5. Défaut localisé dans la bande interdite ou microcavité optique41
  - 1.3.5.1. Niveaux donneur et accepteur42
  - 1.3.5.2. Propriétés des modes de cavité dans un CP1D42
  - 1.3.5.3. Filtre optique de type Fabry-Pérot44
  - 1.3.6. Cristal photonique 1D dans un guide diélectrique et modes de Bloch guidés45
  - 1.3.6.1. Les divers processus de couplage diffractif de modes45
  - 1.3.6.2. Détermination des courbes de dispersion des modes de Bloch guidés47
  - 1.3.6.3. Durée de vie et facteur de mérite des modes de Bloch guidés: les pertes optiques par rayonnement48
  - 1.3.6.4. Défaut localisé ou microcavité optique49
  - 1.3.7. Epilogue51
  - 1.4. Cristaux photoniques 3D51
  - 1.4.1. Du rêve à...51
  - 1.4.2. ... la réalité53
  - 1.5. Cristaux photoniques 2D: les fondements54
  - 1.5.1. Les outils conceptuels: modes de Bloch, réseaux directs et réciproques, courbes et surfaces de dispersion55
  - 1.5.1.1. Modes de Bloch55
  - 1.5.1.2. Réseaux directs et réciproques56
  - 1.5.1.3. Surfaces et courbes de dispersion57
  - 1.5.2. Cristal photonique 2D dans un guide plan diélectrique60
  - 1.5.2.1. Un exemple de l'apport des CP2D en matière de résolution angulaire: l'effet super-prisme62
  - 1.5.2.2. Stratégies de confinement vertical dans les CP2D en configuration d'optique guidée63
  - 1.6. Cristaux photoniques 2D: les briques de base de la photonique intégrée planaire65
  - 1.6.1. Fabrication: une approche technologique planaire65
  - 1.6.1.1. CP2D formés dans une membrane d'InP suspendue dans l'air66
  - 1.6.1.2. CP2D formés dans une membrane d'InP rapportée sur silice sur silicium par collage moléculaire66
  - 1.6.2. Défaut localisé dans la bande interdite ou microcavité68
  - 1.6.3. Structures de guidage70
  - 1.6.3.1. Pertes de propagation dans un guide rectiligne72
  - 1.6.3.2. Virages74
  - 1.6.3.3. L'avenir des guides à cristaux photoniques ne réside pas principalement dans le guidage de la lumière76
  - 1.6.4. Couplage entre guides sélectif en longueur d'onde77
  - 1.6.5. Microlasers80
  - 1.6.5.1. Puissance de seuil82
  - 1.6.5.2. Un exemple de réalisation: cas d'un laser à modes de Bloch à émission par la surface83
  - 1.6.6. Epilogue85
  - 1.7. Vers une microphotonique de dimension 2,585
  - 1.7.1. Fondements85
  - 1.7.2. Applications88
  - 1.8. Conclusion89
  - 1.9. Bibliographie
    90
  - Chapitre 2. Les cristaux photoniques bidimensionnels: vers les circuits intégrés photoniques? 93
  - Anne Talneau
  - 2.1. Introduction93
  - 2.2. Les trois dimensions: le guide planaire incluant le cristal photonique sur substrat94
  - 2.2.1. Le guide planaire sur substrat: confinement vertical94
  - 2.2.2. Les défauts dans le gap du cristal photonique: confinement dans le plan95
  - 2.2.2.1. Les défauts ponctuels95
  - 2.2.2.2. Les défauts linéaires96
  - 2.2.3. Les pertes97
  - 2.3. La technologie de fabrication dans les matériaux à base d'InP98
  - 2.3.1. Génération du masque98
  - 2.3.2. Gravure sèche du matériau semi-conducteur99
  - 2.4. Comportement modal et performances des structures100
  - 2.4.1. Structures passives100
  - 2.4.1.1. Guides droits, transformateur modal101
  - 2.4.1.2. Virage, combineur103
  - 2.4.1.3. Filtre107
  - 2.4.2. Structures actives: les lasers110
  - 2.5. Conclusion111
  - 2.6. Bibliographie
    112
  - Chapitre 3. Les fibres photoniques: la micronanophotonique au kilomètre 115
  - Dominique Pagnoux
  - 3.1. Introduction115
  - 3.2. Deux types de guidage dans les fibres microstructurées118
  - 3.3. Fabrication des fibres microstructurées122
  - 3.4. Modélisation des FMas-RTI123
  - 3.4.1. Méthode du «V effectif»123
  - 3.4.2. Méthodes modales de calcul des champs124
  - 3.5. Principales propriétés et applications des FMas-RTI126
  - 3.5.1. Propagation monomode126
  - 3.5.2. Pertes en propagation126
  - 3.5.3. Dispersion chromatique127
  - 3.5.4. Biréfringence129
  - 3.5.5. Aires effectives non conventionnelles130
  - 3.6. Fibres à bande interdite photonique131
  - 3.6.1. Propagation dans les fibres à bande interdite photonique131
  - 3.6.2. Quelques applications des fibres à cristal photonique133
  - 3.7. Conclusion134
  - 3.8. Bibliographie
    135
  - Chapitre 4. Boîtes quantiques et microcavités optiques 141
  - Jean-Michel Gérard
  - 4.1. Introduction141
  - 4.2. Quelques réflexions sur les perspectives d'application des boîtes quantiques en optoélectronique143
  - 4.3. Microcavités optiques153
  - 4.3.1. Présentation des microcavités semi-conductrices154
  - 4.3.2. Couplage fort156
  - 4.3.3. Régime de couplage faible: exaltation/inhibition de l'émission spontanée et émission monomode159
  - 4.4. Effets Cqed sur les BQ: source de photons uniques et autres perspectives d'application163
  - 4.5. Bibliographie
    166
  - Chapitre 5. Optique non linéaire dans les nano- et microstructures optiques 173
  - Fabrice Raineri et Yannick Dumeige
  - 5.1. Introduction173
  - 5.2. Introduction à l'optique non linéaire175
  - 5.2.1. Equations de Maxwell et optique non linéaire175
  - 5.2.2. Processus non linéaire du second ordre179
  - 5.2.2.1. Mélange à trois ondes179
  - 5.2.2.2. Génération de second harmonique181
  - 5.2.2.3. Amplification paramétrique184
  - 5.2.2.4. Obtention de l'accord de phase185
  - 5.2.2.5. Application des processus non linéaires du second ordre187
  - 5.2.3. Processus du troisième ordre188
  - 5.2.3.1. Mélange à quatre ondes188
  - 5.2.3.2. Effet Kerr optique190
  - 5.2.3.3. Spectroscopie non linéaire: diffusion Raman, Brillouin et Rayleigh192
  - 5.3. Optique non linéaire des milieux nano - ou microstructurés193
  - 5.3.1. Optique non linéaire du second ordre dans les semi-conducteurs III-V193
  - 5.3.1.1. Quasi-accord de phase dans les semi-conducteurs III-V193
  - 5.3.1.2. Quasi-accord de phase en microcavité194
  - 5.3.1.3. Quasi-accord de phase bidimensionnel195
  - 5.3.1.4. Biréfringence de forme195
  - 5.3.1.5. Accord de phase dans un matériau à modulation périodique unidirectionnelle de l'indice de réfraction196
  - 5.3.1.6. Accord de phase dans un guide d'onde à cristal photonique bidimensionnel198
  - 5.3.2. Optique non linéaire du troisième ordre199
  - 5.3.2.1. Génération de continuum dans les fibres microstructurées199
  - 5.3.2.2. Reconfiguration optique des cristaux photoniques bidimensionnels200
  - 5.3.2.3. Solitons spatiaux dans les microcavités201
  - 5.4. Conclusion202
  - 5.5. Bibliographie
    203
  - Chapitre 6. Non-linéarités optiques du troisième ordre dans les cristaux photoniques 207
  - Robert Frey, Philippe Delaye, Gérald Roosen
  - 6.1. Introduction207
  - 6.2. Rappels d'optique non linéaire du troisième ordre208
  - 6.2.1. Non-linéarités optiques du troisième ordre209
  - 6.2.2. Quelques processus optiques non linéaires du troisième ordre210
  - 6.2.2.1. Mélange à quatre ondes dégénérées en fréquences210
  - 6.2.2.2. Effet Kerr optique et absorption à deux photons211
  - 6.2.3. Influence du champ local212
  - 6.3. Champ local dans les cristaux photoniques214
  - 6.4. Non-linéarités dans les cristaux photoniques219
  - 6.5. Conclusion220
  - 6.6. Bibliographie
    221
  - Chapitre 7. Contrôle de l'optique de champ proche: enjeu pour les nanotechnologies 223
  - Frédérique de Fornel
  - 7.1. Introduction223
  - 7.2. Comment définit-on le champ proche?224
  - 7.2.1. Emission dipolaire224
  - 7.2.2. Diffraction par une ouverture sub-longueur d'onde228
  - 7.2.3. Réflexion totale229
  - 7.3. Les microscopies en champ proche optique233
  - 7.3.1. Introduction233
  - 7.3.2. Principes de base233
  - 7.3.3. Fabrication des sondes de champ proche235
  - 7.3.4. Modes d'obtention des images de champ proche236
  - 7.3.5. Que mesure-t-on en champ proche?239
  - 7.3.6. Microscope sans ouverture241
  - 7.3.7. Effet de la cohérence sur la structure des images champ proche243
  - 7.4. Caractérisation des composants de l'optique intégrée244
  - 7.4.1. Caractérisation des modes guidés244
  - 7.4.2. Guide à cristal photonique246
  - 7.4.3. Excitation de modes de cavité247
  - 7.4.4. Génération localisée de plasmons de surface249
  - 7.5. Conclusion252
  - 7.6. Bibliographie
    253
  - Chapitre 8. Optique sub-longueur d'onde: vers la plasmonique 255
  - Alain Dereux
  - 8.1. Contexte technologique255
  - 8.2. Détection du champ optique à l'échelle sub-longueur d'onde256
  - 8.2.1. Principe d'une mesure sub-lambda256
  - 8.2.2. Théorie de la diffusion des ondes électromagnétiques259
  - 8.2.3. Densité locale d'états électromagnétiques261
  - 8.2.4. Détection des composantes électrique et magnétique par PSTM262
  - 8.2.5. Détection de la densité locale d'états électromagnétiques par Snom265
  - 8.3. Plasmons localisés267
  - 8.3.1. Squeezing du champ proche par couplage de plasmons localisés267
  - 8.3.2. Contrôle du couplage de plasmons localisés269
  - 8.4. Dispositifs optiques sub-lambda271
  - 8.4.1. Injection271
  - 8.4.2. Guides d'ondes sub-longueur d'onde272
  - 8.4.3. Vers la plasmonique: plasmons de pistes métalliques273
  - 8.4.4. Prototypes de dispositifs optiques submicroniques274
  - 8.4.4.1. Jonction Y277
  - 8.4.4.2. Couplage d'un guide sub-lambda à une microstructure annulaire277
  - 8.4.4.3. Hétérostructures de sections sub-longueur d'onde278
  - 8.4.4.4. Dispositifs plasmoniques280
  - 8.5. Bibliographie
    281
  - Chapitre 9. L'univers confiné des électrons dans les nanocristaux de semi-conducteur 283
  - Maria Chamarro
  - 9.1. Introduction283
  - 9.2. Structure électronique284
  - 9.2.1. Modèle «naif»284
  - 9.2.2. Structure électronique fine289
  - 9.2.2.1. Excitation sélective d'une seule taille290
  - 9.2.2.2. Exciton «noir»292
  - 9.3. Microluminescence294
  - 9.4. Effet Auger297
  - 9.5 Applications en nanophotonique299
  - 9.5.1. Les nanocristaux de semi-conducteur: des sources à photons uniques300
  - 9.5.2. Les nanocristaux de semi-conducteur: des nouvelles sondes fluorescentes pour la biologie302
  - 9.5.3. Les nanocristaux de semi-conducteur: un nouveau milieu actif pour l'obtention de lasers accordables303
  - 9.6. Conclusion305
  - 9.7. Bibliographie
    305
  - Chapitre 10. Nanobiophotonique 311
  - Hervé Rigneault et Pierre-François Lenne
  - 10.1. Introduction311
  - 10.2. La cellule: quelques ordres de grandeur313
  - 10.3. Origine et mise en oeuvre de contrastes optiques314
  - 10.3.1. Les contrastes classiques: champ clair, champ noir, contraste de phase et contraste interférométrique315
  - 10.3.2. Le contraste de fluorescence316
  - 10.3.2.1. Le contraste de temps de vie319
  - 10.3.2.2. Le pouvoir de résolution en microscopie de fluorescence320
  - 10.3.3. Microscopie non linéaire322
  - 10.3.3.1. La génération du second harmonique (SHG)322
  - 10.3.3.2. La microscopie Raman stimulée (CARS)324
  - 10.4. Réduction du volume d'observation326
  - 10.4.1. Méthodes en champ lointain327
  - 10.4.1.1. 4Pi Microscopie327
  - 10.4.1.2. Microscopie sur miroir328
  - 10.4.1.3. Déplétion par émission stimulée: Sted329
  - 10.4.2. Méthodes en champ proche330
  - 10.4.2.1. SNOM331
  - 10.4.2.2. TIRF331
  - 10.4.2.3. Nanotrous333
  - 10.5. Conclusion333
  - 10.6. Bibliographie
    334
  - Index 337
Origine de la notice:
- Electre