Asym´ etrie du diagramme d’´ emission

Dans le cas des sillon larges (415 nm) et profonds (entre 150 et 250 nm), il apparaˆıt clai-rement une asym´etrie dans la figure d’interf´erence. Les distributions angulaires d’intensit´e de structures comportant des sillons deb×h= 415×224 nm² sont donn´ees sur la figure 4.18. Le contraste des oscillations d’intensit´es augmente quandθ varie de −π et π.

Pour tenir compte de cette variation angulaire de l’amplitude de modulation, on doit consi-d´erer une d´ependance de ηo avec l’angle d’observation. On ´ecrira donc au premier ordre :

ηo(sinθ) = ηo(0) +η1sinθ (4.17) Avec cette hypoth`ese, on d´eduit par ajustement la valeur deη₁. On n’observe pas de variation syst´ematique deη1en fonction de la distance fente-sillonxg pour une s´erie de structures donn´ee.

Les valeurs moyennes de η1 pour chaque s´erie de structures `a sillon large sont rapport´ees sur le graphique de la figure 4.19 en fonction de la profondeur du sillon.

Ce param`etre est croissant avec la profondeur du sillon pour les profondeurs ´etudi´ees. En trait plein sur le graphe 4.19, une fonction quadratiqueη1 =σh<sup>2</sup>, manifestement mieux adapt´ee qu’une variation lin´eaire, a ´et´e ajust´ee aux points exp´erimentaux, pour rendre compte de cette variation. On obtient σ ≃6,3 10<sup>−6</sup> nm<sup>−2</sup>. Ainsi, pour des sections de sillons importantes (com-parables `a λ²), le diagramme d’´emission pr´esente un maximum dans le plan de l’´echantillon, dans la direction de la fente source, c’est-`a-dire en sinθ= 1 sur le graphique de la figure 4.18.

A notre connaissance, il n’existe pas de description th´eorique de cette observation. Il pourrait ˆetre int´eressant de s’appuyer sur cet effet de directionnalit´e du diagramme d’´emission dans le cadre d’applications `a la g´en´eration de pi`eges dipolaires.

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

Intensité normalisée

1.0 0.5

0.0 -0.5

Sin(θ)

Fig. 4.18: Diagramme d’´emission normalis´e de sillons de 415×224nm². De haut en bas, x= 5,40 4,98 et 4,15µm.

0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1

η

200 150

100 50

0

Profondeur des sillons (nm)

Fig. 4.19: Asym´etrie en fonction de la profondeur des sillons – sillons larges.

4.6. Conclusion 177

4.6 Conclusion

Nous avons d´ecrit dans ce chapitre nos ´etudes de structures sub-longueur d’onde simples constitu´ees d’une fente ou d’un trou de section circulaire et d’un sillon. Les franges d’intensit´e observ´ees en face d’entr´ee et les figures de diffraction en face de sortie peuvent ˆetre interpr´et´ees dans un mod`ele ph´enom´enologique en consid´erant chaque motif comme une source d’un champ radiatif et d’un champ ´evanescent guid´e `a l’interface.

Le champ ´evanescent issu de l’un des motifs se propage sur la surface avec une constante de propagationks =nsk0. Lorsqu’il rencontre un autre motif, ce champ est coupl´e `a un champ radiatif. Les mesures effectu´ees ne permettent pas de savoir quelle fraction du champ incident est converti en champ de surface, et quelle fraction de ce champ est ensuite transform´ee en champ radiatif. Nous avons cependant acc`es au produit de ces deux coefficients, qui est de l’ordre de 20 % de l’amplitude du champ radiatif transmis par la fente seule. On a vu que cette amplitude d´ependait de la distance fente-sillon et de la g´eom´etrie du sillon. L’amplitude du champ diffract´e d´ecroˆıt de mani`ere monotone en fonction de x. Cette d´ecroissance peut ˆetre d´ecrite par une fonction `a deux composantes : un terme constant dans la gamme de distance consid´er´ee, et un terme rapidement d´ecroissant, sur une distance typique de 1 µm. Il n’y a pas d’indication d’une r´eflexion importante du champ de surface sur le sillon, on peut donc consid´erer en premi`ere approximation que la variation d’amplitude observ´ee correspond `a la variation d’amplitude du champ de surface ´emis par la fente. L’amplitude du champ diffract´e d´epend en outre de la profondeur du sillon, et on observe un maximum de ce terme pour une profondeur de l’ordre deλ/4, qui peut correspondre `a un effet de cavit´e dans le sillon.

De mˆeme, nous ne pouvons pas mesurer directement le retard de phase associ´e `a chaque

´etape du processus de diffraction, mais la somme de ces retards de phase. Une composante de ce d´ephasage varie lin´eairement avec x dans la limite de notre pr´ecision exp´erimentale. En extrapolant cette diff´erence de phase `a une distance nulle, on mesure une diff´erence de phase intrins`eque, qui d´epend de la g´eom´etrie du sillon, et est proche de π/2 lorsque la profondeur du sillon est optimale.

Comparaison aux mod`eles

La confrontation du mod`ele CDEW aux observations exp´erimentales a servi de guide `a cette ´etude, et nous a pouss´e `a ´etudier les structures pr´esent´ees ci-dessus. Tel qu’il est pr´esent´e dans l’article de H. Lezec et T. Thio [37], ce mod`ele ne d´ecrit cependant pas correctement le comportement du champ de surface pour un m´etal. Ce mod`ele souligne toutefois l’origine interf´erentielle de la construction du champ lointain, ce qui est important dans la description du comportement des ouvertures d´ecor´ees qui nous int´eressent. Les mod`eles d´ecrivant la diffraction par la fente en termes de couplage du mode fondamental de l’ouverture `a un plasmon polariton de surface, tels que celui propos´e par Ph. Lalanne et al. [61], ont sembl´e plus `a mˆeme de reproduire nos observations. Cependant, l’indice th´eorique d’un plasmon polariton de surface, qui apparaˆıt dans ce mod`ele est en d´esaccord avec l’indice de r´efraction mesur´e `a la surface. Des simulations FDTD de nos exp´eriences sont actuellement men´ees par M. Sukharev `a l’Universit´e de Northwestern et nous poursuivons nos exp´eriences par une caract´erisation pr´ecise de la composition chimique des films d’argent et par des mesures sur des films d’or pour comprendre l’origine de ce d´ecalage. Nous avons aussi constat´e que la distribution angulaire d’un sillon

unique pouvait ˆetre asym´etrique. Il serait int´eressant de comprendre l’origine de ce ph´enom`ene pour ´eventuellement le mettre `a profit dans le dessins de structures appliqu´ees `a la r´ealisation de pi`eges dipolaires.