Le but de ce travail ´etait l’´etude de la r´eponse TMOKE de r´eseaux
magn´etoplasmoniques p´eriodiques 1D, l’analyse des diff´erents modes r´esonants et l’impact de leur couplage sur l’augmentation de l’effet TMOKE. Le travail et les r´esultats peuvent ˆetre divis´es en quatre groupes :
1. Couplage des modes de cavit´es et plasmoniques dans la structure magn´etoplasmonique
– Le principal r´esultat de ce travail est l’explication et la confirmation
exp´erimentale de l’augmentation de l’effet TMOKE, et l’inversion du signe de cet effet r´ealisable sans modification de l’aimantation. Cet effet a ´et´e expliqu´e num´eriquement par l’interaction entre les r´esonances du r´eseau (modes des cavit´es et modes des plasmons de surface). Il a ´egalement ´et´e montr´e qu’il est possible de le modifier par un l´eger changement de la g´eom´etrie du r´eseau – publi´e dans [65, 66].
– Afin de confirmer les r´esultats th´eoriques un ensemble de quinze r´eseaux magn´etoplasmoniques ont ´et´e fabriqu´es par lithographie ´electronique et structuration du r´eseau par lift-off. La r´eponse magn´eto-optique des
´echantillons a ´et´e mesur´ee `a l’aide de l’ellipsom`etre de la matrice de Muel-ler et les donn´ees exp´erimentales ont d´emontr´e l’effet pr´edit avec une tr`es bonne conformit´e.
2. D´etermination du spectre optique et magn´eto-optique des mat´eriaux uti-lis´es :
– Les fonctions optiques du mat´eriau employ´e pour la production des
´echantillons ont ´et´e d´eduites de la r´eflexion et de l’intensit´e des spectres de transmission de la matrice de Mueller – publi´e dans [130].
– UUne analyse des effets de d´epolarisation provoqu´es par le r´eglage ellip-som´etrique, de la d´efinition spectrale finale et de la focalisation du faisceau a ´et´e r´ealis´ee.
– L’ellipsom`etre de la matrice de Mueller a ´et´e compl´et´e par un aimant per-manent g´en´erant un champ magn´etique dans le plan (in-plane) et com-mand´e par ordinateur. L’aimant a ´et´e utilis´e pour la caract´erisation des propri´et´es MO Bi :GIG et pour les exp´erimentations MO sur les r´eseaux magn´etoplasmoniques – publi´e dans [131].
3. D´eveloppement de mod`eles r´ealistes de structures magn´etoplasmoniques :
– Un mod`ele de r´eseau plasmonique 1D, qui prend en compte les imperfec-tions de fabrication, comme la rugosit´e de surface sur le r´eseau, la r´esine PMMA r´esiduelle `a l’int´erieur des fentes du r´eseau et une divergence du
xxx R ´ESUM ´E EN FRANC¸ AIS
rayon focalis´e, a ´et´e d´evelopp´e. Le mod`ele d´evelopp´e conduit `a un tr`es bon accord th´eorie-exp´erience des donn´ees MO mesur´ees et calcul´ees – publi´e dans [130].
– Le fit des r´esultats exp´erimentaux des 15 ´echantillons a ´et´e r´ealis´e de mani`ere globale, avec des largeurs de fentes qui font apparaˆıtre la mˆeme tendance que les fentes qui ont ´et´e observ´ees avec un microscope ´electronique `a ba-layage (SEM).
4. D´eveloppement du logiciel pour la mod´elisation du r´eseau
– Pour la mod´elisation de la r´eponse optique du r´eseau p´eriodique 1D un nouveau logiciel a ´et´e d´evelopp´e dans MATLAB. Ce programme se base sur la m´ethode RCWA (m´ethode de l’onde coupl´ee) et est optimis´e pour le calcul parall`ele des probl`emes spectraux.
– Une optimisation de l’impl´ementation parall`ele du code a ´et´e r´ealis´ee et des simulations spectrales avec divergence int´egr´ee du rayon focalis´e ont ´et´e effectu´ees (avec utilisation d’un centre de superinformatique IT4I), jusqu’`a 256 cpus.
CONCLUSION ET PERSPECTIVES xxxi
Perspectives
Dans le cadre de ce travail nous avons r´ealis´e la d´emonstration exp´erimentale de plusieurs r´esultats pr´edits th´eoriquement. Une grande quantit´e d’´etudes pour-raient ˆetre men´ees dans le futur `a partir de ces premiers r´esultats. Nous indi-quons ici quelques unes de ces id´ees. Nous avons par exemple pr´edit au cha-pitre 4 un lien entre les modes SPP et les modes des cavit´es par l’interm´ediaire d’un changement de l’´epaisseur du r´eseau et de la largeur de l’ouverture. Mais les ´echantillons exp´erimentaux produits par cette m´ethode, qui est d´ecrite dans le chapitre 3, ne confirment que les pr´edictions dans le cas d’un changement de l’ouverture du r´eseau. Il serait pertinent de proc´eder `a une analyse du couplage et de comparer la r´eponse magn´eto-optique atteinte en fonction de l’´epaisseur du r´eseau. Les ´echantillons pour ces exp´erimentations sont d´ej`a disponibles. En outre, les structures qui ont fait l’objet de ce travail sont unidimensionnelles, `a angles droits et ont ´et´e ´etudi´ees pour une configuration avec diffraction plane et aimantation transversale. Des travaux futurs pourront s’orienter vers des confi-gurations avec diffraction conique, sur les structures p´eriodiques 2D et dans le cas d’une aimantation longitudinale ou polaire. La configuration avec diffrac-tion conique devrait permettre une caract´erisadiffrac-tion optique pr´ecise et l’´etude de la conversion non r´eciproque des modes. Ces structures 2D pourront faire ap-paraˆıtre d’int´eressantes propri´et´es optiques tant en r´eflexion qu’en transmission. Leur ´etude pourra apporter de nouvelles possibilit´es d’ajustement des modes des cavit´es, ainsi que des informations importantes sur le processus de fabrica-tion. La proposition th´eorique de la structure du guide d’onde ouvre un nouvel axe possible de recherche. Une autre ´etude et optimisation de la structure se-ront alors n´ecessaires. La structure devra ˆetre conc¸ue avec des mat´eriaux com-patibles (du point de vue de la fabrication) et pour le mode fondamental du guide d’onde. Le composant int´egr´e peut fonctionner en tant qu’isolateur op-tique ou modulateur, selon que l’aimantation est constante ou modul´ee. Et en-fin, les r´esultats th´eoriques et exp´erimentaux pr´esent´es concernant la structure magn´etoplasmonique pourront ˆetre transpos´es dans le domaine de l’IR lointain et du THz, pour les utiliser lors de la conception de nouveaux composants op-tiques.