fabriquée dans un substrat SOI (Silicon On Insulator) et atteignant un facteur de qualité de l’ordre de plusieurs milliers, alors que dans l’étude de Mujumdar et al. [61] (2007), deux hétérostructures situées autours d’un guide W1 créent une cavité atteignant un facteur de qualité expérimental de 55000 dans une membrane suspendue de GaAs. Plus récemment, dans l’étude de Intonti et al. [64], la cavité est fabriquée dans une structure active. C’est-à-dire que des boîtes quantiques sont insérées dans la mem-brane suspendue de GaAs. La cavité atteint un facteur de qualité expérimental de 2400. Les cartographies expérimentales du décalage induit (la valeur maximale obtenue est 0,5 nm), et des pertes induites sont présentées. Le lien entre l’emplacement des ventres des modes et les pertes induites maximum sont discutées et il est mis en avant la cor-respondance entre la cartographie expérimentale des pertes induites et la distribution patiale théorique de E2
z, ce qui tend à prouver que la densité d’états locale du champ électromagnétique pourrait être mesuré en cartographiant le décalage induit.
Deux études concernant les pointes à fort indice [59, 60] (2005 et 2007 respective-ment) montrent théoriquement qu’en introduisant complètement une pointe en silicium dans un trou d’un cristal photonique sans défaut un mode de défaut possédant un faible facteur de qualité et dont les propriétés dépendent de la taille de la pointe est créé. Les calculs numériques montrent également, tout comme dans [58] (2005), que l’intro-duction d’une pointe en silicium jusqu’à 30 nm au-dessus d’une cavité à base de CP2D, ayant un facteur de qualité de l’ordre de 13000, permet un décalage de 2 nm avec un facteur de qualité maintenu à une valeur moyenne (5000) et qu’il est limité, entre autres, par la rapport de la polarisabilité et du volume modal. Si la pointe s’approche à moins de 30 nm, le mode voit son facteur de qualité très dégradé.
Dans ces études, la fixation d’une source en bout de pointe est envisagée et l’étude théorique montre que le déplacement vertical et horizontal de la pointe dans l’en-vironnement d’un cristal photonique permet de contrôler l’émission spontanée d’une source [59] et de moduler le taux de fluorescence d’un émetteur [60]. Ces trois études sont principalement des études théoriques bien que l’impact d’une sonde en silice aie été
26 Chapitre 1. Avant-propos
mesurée expérimentalement dans [60]. Marki et al. [57] ont montré en 2006 qu’une pointe AFM approchée d’une cavité (Q=750) réalisée dans un guide d’onde pouvait atténuer quasi complètement la transmission et dans le cas de l’utilisation du mode contact intermittent, un commutateur ON/OFF peut être réalisé. Dans le cas où la pointe est introduite dans un trou du bord de cavité, un décalage de 2,5 nm est mesuré, ac-compagné d’une dégradation du facteur de qualité.
Ces 4 dernières études [57–60] ont été réalisées pour des membranes de silicium sus-pendues. Hopman et al. [56] ont montré en 2006 qu’une pointe en Si3N4 permettait, en la plaçant en mode contact dans le champ proche du maximum d’intensité de la réso-nance d’une cavité (Q=650) fabriqué dans une membrane SOI, de diminuer la transmis-sion à la longueur d’onde de résonance du mode seul mais d’augmenter la transmistransmis-sion à des longueurs d’onde décalées vers le rouge. L’utilisation en mode contact intermit-tent d’une pointe en Si a montré qu’une faible amplitude avait un plus grand impact sur la transmission que les grandes amplitudes. Quand la pointe est placée au-dessus d’un maximum, la transmission est suspendue mais elle peut être seulement atténuée, avec un décalage vers le rouge, si un déplacement latéral de la pointe de 100 nm par rapport au ventre du champ est effectué. Le mode est donc très sensible au déplacement de la pointe et des effets sont enregistrés à partir d’une position de la pointe distante de 500 nm du ventre du mode.
En ce qui concerne les pointes hybrides, Lalouat et al. [63] (2007) ont étudié l’im-pact d’une pointe diélectrique recouverte d’une bicouche de Cr/Au, et ont obtenu un décalage vers le rouge de 0,9 nm en approchant la pointe à 4 nm de la surface d’une cavité fabriquée dans un substrat SOI, sans dégradation du facteur de qualité (1200). Ils ont mis en évidence que l’interaction en champ proche est relié aux propriétés de la pointe et à la distribution du champ dans la cavité.
Toutes ces études, exceptée celle de Intonti [64], sont réalisées pour des structures passives.
1.4. Bilan 27
Au début de ce travail, en 2005, peu d’études avaient été réalisées [58, 59] sur l’impact de la nature de la pointe. Les premiers résultats expérimentaux datent de 2006 [56,57,62]. C’est dans ce contexte que nous avons choisi de nous orienter vers des structures reportées plutôt que suspendues car, malgré un facteur de qualité amoindri, cette configuration est plus stable mécaniquement, résiste mieux à l’échauffement pro-voqué par le pompage optique. Les pointes hybrides silice/silicium sont bien adaptées à notre montage optique car ce dernier utilise la pointe en mode collection. Le silicium a un indice de réfraction de 3,4 à une longueur d’onde de 1,5 µm, du même ordre de grandeur que celui du substrat (nInP=3,17), ce qui permet d’avoir un contraste d’indice fort avec le milieu (nair=1). De plus, le silicium reste transparent dans la gamme de lon-gueur d’onde utilisée (1,3-1,6 µm). Ces choix nous ont permis d’aboutir aux résultats qui seront présentés dans ce travail.
1.4 Bilan
Dans un premier temps, le principe du SNOM a été présenté, ainsi que les diffé-rentes configurations et les points critiques de la technique a été mis en évidence : la distance pointe-échantillon et la taille de la pointe. Pour observer des détails de l’ordre de 200 nm, il faut disposer d’une sonde de moins de 250 nm placée à moins de 50 nm de l’échantillon. Ensuite, les cristaux photoniques et quelques unes de leurs propriétés ont été présentés. En particulier les cristaux photoniques membranaires permettent de confiner la lumière sur des distances inférieures à la longueur d’onde. L’importance de pouvoir modifier les propriétés optiques des cristaux photoniques après fabrication a été soulignée. Le SNOM est un bon moyen d’atteindre cet objectif grâce au rôle majeur de la pointe.
Ce chapitre a donc permis de mettre en évidence l’intérêt de la microscopie optique en champ proche pour caractériser des cristaux photoniques ainsi que pour étudier
28 Chapitre 1. Avant-propos
l’influence de la pointe sur les propriétés optiques de ces mêmes structures. Dans la suite du manuscrit, nous étudierons précisément l’influence que peuvent avoir la nature et la forme de la pointe. Nous allons maintenant présenter les différents outils expérimentaux et théoriques qui ont été nécessaires à sa réalisation.