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Multiple wavelengths filtering of light through inner resonances
No full textWe show that by using the internal resonances of a grating, it is possible to design a filter working for multiple wavelengths. We study the characteristics of the device with respect to the constituting parameters and we propose a realization process
Commentary: Quantum way for metamaterials
Get PDFI thank G. Cassabois and M. Antezza for enlightening discussions. The financial support of the Institut Universitaire de France is gratefully acknowledged.International audienceThe field of nanophotonics witnesses a sort of golden age, where many new fields, such as plasmonics, metamaterials, transformation optics, have risen recently, leading to a wealth of new directions of research. The story started more than 20 years ago, when new artificial structures were imagined that could exhibit a photonic bandgap. These structures were called photonic crystals.1 They have carried a lot of hope on the possibility of molding the flow of light. It was indeed soon recognized that they could go way beyond the bandgap and that, in fact, they had a very rich band structure that allowed for control over the propagation of light itself, inside the photonic crystal. This has led to such effects as ultrarefraction, slow light, control of second harmonic emission, gradient photonic crystals, and negative refraction. Somehow, this wealth of properties has slowed down researches with the original quantum flavor of photonic crystals, at least as it appeared in the work of Sajeev John, which were seen really as devices able to control the Purcell effect. This was, for instance the case for the idea of realizing a laser cavity with a very low threshold. This aspect has shown a renewed interest recently.
Finding Resonance Poles by Means of Cauchy Integrals
No full texthttp://www.ict.kth.se/MAP/FMI/Negonet/icton2011/Guided modes in photonic structures are characterized by a propagation constant that is a root of pole of some operator. It is shown that the operatorial calculus of Dunford and Schwartz, i.e. the extension of Cauchy integrals to operators, provides a mean for the numerical computation of dispersion curves. The theory is developed and then applied in the case of a microstructured fibre
Hydrodynamical model of field effect transistors and numerical methods, for THz electromagnetic radiation emission and detection.
No full textDu fait de ses propriétés intéressantes, le domaine de fréquence térahertz (THz) du spectre électromagnétique peut avoir de nombreuses applications technologiques, de l'imagerie à la spectroscopie en passant par les télécommunications. Toutefois, les contraintes technologiques empêchant l'émission et la détection efficaces de ces ondes par des systèmes conventionnels ont valu à cette partie du spectre électromagnétique le nom de gap THz. Au cours des deux dernières décennies, plusieurs solutions novatrices sont apparues. Parmi elles, l'utilisation de transistors à effet de champ s'est imposée comme une solution originale, bon marché, avec un fort potentiel d'intégration. Le mécanisme identifié fait intervenir l'interaction entre les ondes THz et des ondes de courant (dites ondes plasma) dans le canal du transistor. Le canal du transistor agit tel une cavité pour ces ondes plasma. Le dispositif peut alors se comporter de manière résonante ou non-résonante en fonction de divers paramètres. Dans ce manuscrit, nous étudions numériquement ces différents régimes à l'aide de modèles hydrodynamiques. Les modèles utilisés élargissent les phénomènes pris en compte dans de précédentes études théoriques. Les résultats portent sur la détection d'ondes THz par des transistors et dans une moindre mesure sur leur émission. Dans le régime non-résonant, nous étudions dans quelle mesure la plage de linéarité de détection peut être étendue. Dans le régime résonant, nous montrons l'existence de nouvelles fréquences de résonance, permettant d'élargir le spectre d'intérêt de ces détecteurs.Due to its interesting properties, the electromagnetic THz frequency range may lead to numerous technological applications, ranging from imaging to spectroscopy or even communications. However, technological constraints prevented the efficient emission and detection of such waves with conventional electronics, leading to the idea of the terahertz gap. In the last decades, multiple novel solutions to resolve this gap have been proposed. Amongst these, one may find the use of simple field effect transistors as the most promising one. Their production benefits from currently available CMOS technology thus drastically decreasing the fabrication cost of such a device while allowing it to be easily integrated within electronic circuits. The mechanism behind the emission and detection is the interaction between THz electromagnetic radiations and current oscillations, that is plasma waves, in the transistor's channel. This channel forms a cavity for plasma oscillations, hence, the device may act either resonantly or non-resonantly, depending on various parameters. This thesis deals with the numerical simulation of the transistor in different regimes using hydrodynamical models. These models account for multiple phenomena that have been considered in previous theoretical studies. Some theoretical results on both the emission and detection of THz radiation are presented. In the non-resonant case, we study how one can increase the linear regime of detection. In the resonant case, we show the existence of unexpected resonance frequencies, enlarging the detection spectrum of such detectors
Métasurfaces actives dans le visible et l’infra-rouge
No full textDans cette thèse, nous avons essayé de développer une méthode optimisée pour simuler les métasurfaces. En utilisant des approches différentes de l’approche conventionnellement utilisée aujourd’hui. Avec par exemple, l’opérateur de Calderon pour donner une nouvelle approche ou la Fast Multipole Method (FMM) liée à d’autres méthodes pour limiter les mauvais côtés de cette méthode. Nous décrivons également une façon d’obtenir un design de métasurface, avec quelques algorithmes comme l’algorithme de Gerchberg Saxton. Nous montrerons également comment une métasurface peut être faite en utilisant certains dispositifs tels que la gravure ionique réactive ou la lithographie électronique. Et enfin, nous mettrons en avant les lentilles et les métahologrammes réalisés avec des métasurfaces.In this thesis, we have tried to develop one optimized method to simulatemetasurfaces. By using different approaches that the conventional approach usednowadays. As the calderon operator to give a new approach or the Fast MultipoleMethod (FMM) linked with another method to limit the bad sides of some method.We describe also one way to obtain a metasurface design, with some algorithms as theGerchberg Saxton algorithm. We will show how a metasurface can be made by usingsome devices such as Reactive ion etching or electron lithography. And finally, wespotlight metasurfaces lenses and metaholograms made
Etude de la génération de second harmonique dans des matériaux non-linéaires nano-structurés
No full textAu cours de ces 20 dernières années, une attention particulièrement soutenue a été donnée à l'étude et à la fabrication de matériaux nano-structurés permettant le contrôle de la lumière. Cependant, les propriétés de non-linéarité optique de ces nouveaux matériaux n'ont que très peu été explorées. Partant de ce constat, cette thèse se propose de pourvoir cette insuffisance. L'accent est mis en particulier sur le processus de génération de seconde harmonique à travers deux aspects fondamentaux: (i) le contrôle de l'émission de seconde harmonique pour des matériaux nano-structurés non-linéaires et (ii) l'augmentation de conversion dans des dispositifs photoniques intégrés. Nous présentons un nouveau phénomène de localisation non-linéaire qui a lieu dans des matériaux main-gauche et qui implique un accord de phase isotrope. Nous démontrons analytiquement le processus de localisation dans un milieu homogène main-gauche, avant de mettre en évidence un tel effet dans des cristaux photoniques non-linéaires à l'aide de simulations numériques. L'effet de localisation contra-propagative du second harmonique est utilisé pour le design d'une lentille de second-harmonique. Ce résultat théorique a été démontré numériquement pour une structure réalisable fonctionnant aux fréquences optiques. L'augmentation de génération de seconde harmonique constitue l'aspect complémentaire. En tirant parti de la forte localisation de lumière dans une chaîne de nano-tiges de dimension finie, nous montrons que, pris ensemble, le confinement transverse sub-longueur d'onde et la condition de résonance d'accord de phase contribuent de manière importante à l'augmentation de la génération de seconde harmonique. Les capacités de guidage sub-longueur d'onde de chaînes de nano-tiges sont mis en évidence en examinant leurs propriétés de propagation linéaire. Pour finir, nous nous penchons sur la condition d'accord de phase assurant l'interaction non-linéaire optimale.The past twenty years have been exceptionally rich on the study and fabrication of nanostructured materials to control light, but no much attention was given to nonlinear optical properties of these novel materials. In this context, the present thesis would partially address this gap. In particular, we focus on the second-harmonic generation process, by considering two fundamental aspects: the second-harmonic emission control by means of nanostructured nonlinear materials and the conversion enhancement in integrated photonic devices. A novel nonlinear localization phenomenon occurring in left-handed materials and involving isotropic phase-matching is presented. We analytically demonstrate the localization process in a homogenous left-handed material and by numerical simulation we show the effect for nonlinear photonic crystals. The backward second-harmonic localization effect is used to design a second-harmonic lens. This interesting theoretical result is numerically shown for a feasible structure working at optical frequencies. The second-harmonic generation enhancement is the complementary aspect. By taking advantage of the strong light localization achieved in finite size dielectric nonlinear nanorod chains, we show that sub-wavelength transversal confinement, together with the resonant phase-matching condition, adds an important property to the second-harmonic generation enhancement. A study of linear propagation properties of nanorod chain structures first evidences its sub-wavelength guiding capabilities. Finally, the phase-matching condition that assures the maximal nonlinear interaction in this kind of structure is presented
Crucial influence of evanescent waves on the electromagnetic properties of metamaterials
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Spatial dispersion effects in the low-frequency behavior of metamaterials
No full textInternational audienceThe collective behavior of resonant scatterers is investigated in the low frequency regime. Evidences of a strong spatial dispersion are given
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