En injectant la lumière laser directement au niveau de la zone d’injection en polymère, seuls les modes 1 et 2 se retrouvent couplés sur l’interface Silice/Cr/Au/Polymère/Air. Cela facilite ainsi l’interprétation des images 2D de la distribution en l’amplitude de champ mesurées avec le montage SNOM. Plusieurs balayages ont été effectués au-dessus de guides DLSPP de différentes largeurs, permettant de vérifier qu’il s’agissait bien des modes TM10.
Les cartographies de la topographie de surface et les images 2D de la distribution en amplitude SNOM de deux guides d’onde DLSPP sont présentées sur la figure 109. De manière similaire au travail effectué sur la figure 108, les images 2D de la distribution en l’amplitude SNOM permettent de déterminer les longueurs de propagation du mode en ajustant une courbe exponentielle décrite par l’équation [129] sur un profil extrait juste au dessus des rubans (correspondant au trait pointillé blanc
*
Le même calcul effectuée avec l’indice de réfraction de la couche d’or obtenu par Theye conduit à un mode d’indice effectif 1,048 avec une longueur de propagation 55,8µm proche de celui mesuré expérimentalement.
IV.3 - Caractérisation expérimentale de guides d’onde DLSPP
151 sur la figure 109). Les longueurs de propagation LSPP_SNOM déduites des ajustements exponentiels sont
données dans le tableau 18.
Figure 109 : Cartographies de la topographie de surface et image 2D de la distribution en amplitude SNOM pour deux guides d’onde DLSPP après injection avec la configuration 2
h
ruban (nm)w
ruban (µm) au SNOMw
ruban (µm) au MEBL
SPP_SNOM (µm)L
SPP_MS (µm)674,4 13,0 3,78 0,16 2,20 0,34 41,8 40,4
671,2 17,5 5,08 0,41 3,40 0,44 39,0 35,7
Tableau 18 : Dimensions des guides d’onde et longueurs de propagation du mode SPP mesurée
Des profils transverses ont ensuite été extraits des topographies de surface de manière à déterminer l’épaisseur hruban et la largeur des rubans en polymère wruban. Les images MEB ont ensuite
été utilisées pour mesurer plus précisément les largeurs des rubans. Les dimensions de ces guides d’onde DLSPP sont également reportées dans le tableau 18. Des artefacts dus aux dimensions et à la forme de l’apex de la pointe apparaissent sur les topographies de surface. Les guides DLSPP semblent alors plus larges de 1,5µm environ et légèrement dissymétriques (voir les figures 109 et 110).
En tenant compte des dimensions mesurées, il est possible de calculer avec le solveur de mode l’indice effectif neff, la longueur de propagation LSPP_MS ainsi que la distribution en l’amplitude de
Chapitre IV - Résultats expérimentaux
152
épaisseur d’or hAu=25nm. Par exemple, dans le cas du premier guide DLSPP présenté sur la figure
109, pour une épaisseur de ruban hruban=674,4nm et une largeur wruban=2µm, le solveur de mode
aboutit à un mode à fuites TM10 d’indice effectif neff=1,016 et possédant une longueur de
propagation LSPP_MS=40,4µm. La distribution en amplitude de champ Hy calculée avec le solveur de
mode est représentée sur la figure 110. Cette représentation vue en coupe transverse permet de distinguer le nœud du champ Hy au centre du mode TM10 ainsi que la partie du champ plasmonique sur l’interface Au/Polymère. La partie du champ dans l’air au dessus du polymère est prélevée par la micro-pointe SNOM. De même, dans le cas du deuxième guide DLSPP caractérisé par hruban=671,2nm
et wruban=3,4µm, l’indice effectif est neff=1,025 et la longueur de propagation vaut LSPP_MS=35,7µm. La
comparaison des longueurs de propagation mesurées avec le SNOM avec celles calculées par le solveur de mode montre un bon accord.
Figure 110 : (à gauche) Distribution spatiale transverse de l’amplitude de champ Hy calculé avec le solveur de mode ; (à droite) Profils extraits de la topographie de surface (pointillé bleu), de l’amplitude SNOM (pointillé noir) et de la
distribution spatiale Hy (rouge) déterminé par le solveur de mode
Il est également possible de comparer les distributions en amplitude de champ Hy calculées par le solveur de mode avec les distributions en amplitude mesurées par le SNOM. Des profils théoriques ont tout d’abord été extraits au dessus du ruban en suivant une trajectoire similaire à celle empruntée par la micro-pointe fibrée lors du balayage (indiquée en pointillé rouge sur la figure 110). Ces profils théoriques déterminés à partir du solveur de mode sont alors comparés à des profils extraits suivant la direction Y (indiqué en pointillé rouge sur la figure 109) dans l’image 2D de la
IV.3 - Caractérisation expérimentale de guides d’onde DLSPP
153 distribution en amplitude SNOM. La comparaison de ces profils montre à nouveau un très bon accord.
Les profils étant extraits juste après la zone d’injection, un fond important apparaît de part et d’autre du ruban en polymère. Ce fond parasite correspond à la fois à des fuites radiatives dans l’air mais aussi à des modes à fuites couplés sur l’interface Silice/Cr/Au/Air. En effet, lorsque le mode 2 atteint l’une des arêtes de la zone d’injection en polymère, une partie du mode est réfléchie vers l’intérieur créant des franges d’interférences en damier observables sur l’image SNOM.) L’autre partie du champ est transmise vers l’extérieur sous forme de fuites dans l’air ou de modes à fuites couplés à l’interface Silice/Cr/Au/Air. Ces fuites entraînent des franges d’interférences en épis de part et d’autre du ruban en polymère. Elles sont particulièrement visibles sur les images 2D de la distribution en amplitude SNOM (Figures 109 et 111) et tendent à confirmer que l’adaptation d’impédance obtenue dans la zone d’injection est imparfaite.
De manière similaire aux bandes métalliques, le mode TM10 présente une largeur de coupure qui peut être déterminée à partir du solveur de mode. Par exemple, pour hCr=10nm, hAu=25nm et
hruban=674,4nm, la largeur de coupure se situe autour de wruban=1,6µm. Pour des largeurs de guide
inférieures, le mode TM10 se retrouve bloqué à l’entrée du guide. Une telle situation de coupure est observée sur le guide présenté sur la figure 111 dont la largeur mesurée au MEB vaut wruban
1,240,07µm. L’ajustement à l’injection était déjà réglé sur les guides DLSPP plus large (où le mode TM10 avait été observé) avant de passer à ce guide plus étroit de façon qu’il n’y ait pas d’ambiguïté sur le fait qu’il s’agisse bien d’un effet de coupure et non d’un mauvais réglage.
Figure 111 : Cartographie de la topographie de surface et image 2D de la distribution en amplitude SNOM d’un guide d’onde DLSPP avec un ruban de polymère dont la largeur est inférieure à la largeur de coupure