Réseaux de diffraction et fibres microstructurées

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Analyse d’effets physiques

Champ électrique (à 633 nm) en présence d'un réseau de cônes d'or (hauteur du cône : 95 nm à gauche et 205 nm à droite) effectué avec la méthode des éléments finis développée à l'Institut Fresnel.Les réseaux de diffraction permettent de coupler la lumière aux plasmons de surface et d’obtenir une interaction forte entre la lumière et la matière.
Les effets physiques « extraordinaires » qui en découlent sont modélisés et analysés finement à l’Institut Fresnel.
Différents réseaux métalliques ont été proposés pour obtenir théoriquement des exaltations de champ de plusieurs ordres de grandeur : une intensité multipliée par 104 a été obtenue au sommet de cônes disposés sur un réseau en utilisant des plasmons de surface [Bru-3] ; et une exaltation d’intensité de 103 a été obtenue en utilisant des plasmons localisés dans les réseaux sinusoïdaux profonds [Pop-1].
Le phénomène de transmission extraordinaire a été analysé dans des réseaux 2D de trou dans des plaques métalliques, avec une explication physique simple du phénomène proposée dans [Dan-1] et une transmission de presque 100% obtenue dans [Ala-1].

Enfin, une étude comparative de structures métalliques complémentaires a montré que l’absorption totale pouvait être obtenue aussi bien avec des réseaux de trous suffisamment profonds (par rapport à la longueur d’onde) qu’avec des réseaux de plots séparés par des sillons très étroits [Feh-1].
Ces effets physiques sont utilisés à l’Institut Fresnel pour concevoir de nouvelles applications en nanophotonique.
En particulier, le mécanisme de transmission extraordinaire et les exaltations de champ sont utilisés pour augmenter la fluorescence des molécules et permettre leur détection en milieu dilué, par exemple biologique (activités présentées dans le thème « nanophotonique et couche minces optiques »).

[Bru-3] Yoann Brûlé, Guillaume Demésy, Boris Gralak, Evgeny Popov. Surface plasmon hurdles leading to a strongly localized giant field enhancement on two-dimensional (2D) metallic diffraction gratings. Optics Express, 2015, 23, pp.9167-9182.
[Pop-1] Evgeni Popov, J. Wenger, John Hoose, Sv. Tonchev. Strong three-dimensional field localization and enhancement on deep sinusoidal gratings with two-dimensional periodicity. Optics Letters, 2013, 38 (22), pp.4876.
[Dan-1] Maystre Daniel, Fehrembach A.-L., Evgeni Popov. Plasmonic antiresonance through subwavelength hole arrays. Journal of the Optical Society of America. A, 2011, 28 (3), pp.342-355.
[Ala-1] T Alaridhee, A Ndao, M.-P Bernal, Evgueni Popov, Anne-Laure Fehrembach, et al.. Transmission properties of slanted annular aperture arrays. Giant energy deviation over sub-wavelength distance. Optics Express, 2015, 23, pp.11687-11701.
[Feh-1] A. L. Fehrembach, Evgeni Popov. Comparative study of total absorption of light by two-dimensional channel and hole array gratings. Optics Express, 2012, 20, pp.21702-21714.