Nous avons vu dans le chapitre 1 1.3.2 que le front d’onde peut être contrôlé grâce à un SLM qui a la fonction de déphaser de façon déterministe l’onde lumineuse incidente. L’idée va être d’appliquer cette technique sur une expérience de champ proche sur les milieux 3D désordonnées.
2.4.1 Montage
Par rapport au montage précédent, nous allons modifier la partie d’illumination. Au lieu d’un laser collimaté sur l’objectif précédant l’échantillon, nous allons imager la surface du SLM(Spatial Light Modulator) sur le plan focal arrière de l’objectif précédant l’échantillon figure 2.20. Le SLM est un modulateur "phase only" de la marque Boulder Non Linear™. Les dimensions de sa matrice active sont de 256x256 pixels, chaque pixel a une taille de 24x24µm. Il est capable de fournir un déphasage de 2π entre 630 et 800nm. Une particularité intéressante est d’être contrôlé par le biais d’un port PCI-e. Cela engendre un contrôle aisé, contrairement à une grande majorité de SLM qui se contrôle comme périphérique écran.
La ligne 4-f qui permet d’imager le SLM sur le plan focal arrière de l’objectif d’illumina- tion précédant l’échantillon est composée de deux lentilles de distance focale de 40cm. Elle
Echantillon PZT pointe en tungstène PM Laser x100 O.N. :0,55 x20 N.A. : 0,40 ω SLM
Figure 2.20 – Montage de contrôle de front d’onde couplé avec le montage SNOM. La source laser @780nm éclaire un SLM. Son plan actif est imagé sur la pupille arrière de l’objectif d’excitation. Le faisceau est ensuite focalisé sur l’échantillon. Au dessus de l’échantillon, un montage SNOM à pointe diffusante permet de récupérer le signal optique sur un photo-multiplicateur.
permet d’imager en intensité et en phase la surface du SLM dans le plan focal arrière de l’objectif. Le grandissement est de un, ce qui permet au SLM dont la taille est de 6,14mm de couvrir la pupille de l’objectif qui a un diamètre de 7mm. On peut donc contrôler la phase des différents points du plan focal arrière de l’objectif. Or, un point (x,y) dans le plan focal arrière de l’objectif correspond à un vecteur −→k à la sortie de l’objectif, qui
va ensuite se propager jusqu’au plan incident de l’échantillon. Une modulation dans le plan focal arrière de l’objectif permet donc de moduler en phase les vecteurs −→kinc inci- dents. C’est ce qui est habituellement fait dans les expériences de focalisation à travers des milieux 3D désordonnées [80, 82].
2.4.2 Stratégies pour optimiser un signal
Lors de l’optimisation du signal, quelque soit la méthode, il faut tout d’abord choisir le signal à optimiser. Dans un premier temps, j’ai choisi d’optimiser le signal de première harmonique, qui est le signal de champ proche optique classique. J’ai donc créé un système de communication entre Labview™qui contrôle les signaux venant du montage de champ proche et Matlab qui permet de contrôler le SLM. Ces deux systèmes ne sont pas installés sur les mêmes ordinateurs, j’ai donc opté pour une solution simple : le partage d’un fichier. Le programme Labview™écrit à une fréquence de 1kHz la valeur de première harmonique dans le fichier d’échange. D’un autre côté, Matlab vient ouvrir ce fichier pour récupérer la valeur. Techniquement, j’ai développé une série de vérification de ce fichier pour garantir que l’écriture avait été effectué car une écriture à 1kHz ne peut pas être garanti par Labview™.
L’organigramme d’optimisation est le suivant : Macro-pixel i Déphasage de .2 6 p π ϕ ∆ = [1...5] p ∈
Enregistrement de la valeur optimale de déphasage du pixel i
i=i+1 Figure 2.21
Pendant l’optimisation, la pointe oscille verticalement mais ne se déplace pas sur l’échan- tillon. L’optimisation est faite à une position donnée. L’optimisation fonctionne mais pen- dant un déplacement, je me suis aperçu que l’optimisation avec eu lieu partout, que c’était
une optimisation globale et non locale. Cela peut être lié à plusieurs facteurs : • l’optimisation optimise le couplage avec la pointe plutôt que l’intensité,
• les structures optiques sont grandes et l’optimisation optimise donc une zone plus grande que la zone de mesure, qui est de 1x1µm,
• le signal optimisé ne contient pas que le champ proche, ainsi, le signal optimisé est la transmission totale, plus qu’une optimisation locale.
Pour essayer d’améliorer cette optimisation, on peut donc chercher à optimiser un signal qui représente de façon plus précise le champ proche optique, c’est le cas du signal de deuxième harmonique. Malheureusement, je n’ai jamais réussi à le mesurer à travers les milieux 3D diélectriques (nous verrons dans le dernier chapitre que pour les milieux 2D métallique, cela ne pose pas de problème) par manque de signal. Une autre méthode qui n’a pas été réalisée pourrait être d’utiliser un SNOM à ouverture qui n’est pas (où très peu) sensible à la lumière parasite transmise.
J’ai donc essayé une autre méthode, l’optimisation différentielle. Cette optimisation part de l’hypothèse que l’on connait la taille de la structure optique à optimiser. Elle consiste à balayer suivant une direction un segment de taille contrôlée (de la taille de la structure à optimiser, typiquement quelque dizaines de nanomètres). A chaque aller, nous calculons le signal
S = ScentreΩ /SbordsΩ (2.22)
où SΩ
centre est le signal de première harmonique mesuré au centre du segment balayé et
SΩ
bords est le signal de première harmonique mesurée aux extrémités. Optimiser ce ratio force le système à optimiser, si de telles structures existent, une région optique de la taille du segment environ. La vitesse typique de balayage est de 30ms par pixels, et donc pour un segment de 10 pixels, cela fait environ 300ms. La rétroaction de l’optimisation se fait à une fréquence de 3Hz environ, ce qui est clairement un facteur limitant dans cette expérience. Cette fréquence implique en effet d’avoir une très grande stabilité sur le montage SNOM pour être sûr de travailler sur le même segment pendant plusieurs dizaines de minutes à l’échelle du nanomètre. Ce qui n’était pas le cas avec mon montage SNOM au moment de cette expérience.
Nous verrons lors du dernier chapitre une évolution que j’ai apportée au montage qui améliore la stabilité du système et qui pourrait permettre en terme de perspective d’en- visager de mener à bien l’optimisation différentielle.
Étude de la longueur d’interaction sur un film désordonné
métal-diélectrique
Table des matières
3.1 La technique d’imagerie plasmonique par microscopie . . . 71