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Plasmonics, Resonant nanophotonIcs and SubMicron optics (PRISM)

  • Physique des milieux sub-lambda
  • Nanophotonique nonlinéaire
  • Composants nanophotoniques et plasmoniques
  • Circuiterie nanophotonique et plasmonique
  • Nanosources optiques intégrées
  • Plasmonique quantique

Benoît CLUZEL

RESPONSABLE

Benoit.Cluzel@u-bourgogne.fr
Tél : 03 80 39 60 10

Gérard COLAS DES FRANCS

RESPONSABLE

Gerard.Colas-des-francs@u-bourgogne.fr
Tél : 03 80 39 90 67

Thématiques de recherche

Appareils électro-plasmoniques

Nous développons des composants à l'échelle nanométrique basés sur une transduction réversible entre un électron et un photon à l'aide d'antennes à gap optique. Notre concept propose de nouvelles approches dans lesquelles la source lumineuse et le détecteur peuvent être intégrés dans une seule nanostructure métallique. Au cœur de cette famille de dispositifs se trouve un espace tunnel à l'échelle atomique dans lequel la rectification optique, le tunneling inélastique et les porteurs chauds peuvent mélanger réciproquement des photons et des électrons avec une dynamique de conversion ultrarapide.

Plasmonique non linéaire

Les nanostructures plasmoniques présentent divers phénomènes non linéaires sous un éclairage pulsé dans le proche infrarouge. Parmi les plus importantes, on peut citer l'émission du second harmonique et la présence de photoluminescence non linéaire à large bande (N-PL) Les caractéristiques spectrales et temporelles du N-PL sont dictées par le paysage plasmonique et la dynamique des porteurs chauds créés dans le métal N -PL est donc un observable précieux pour surveiller la façon dont les plasmons de surface se développent dans diverses géométries ainsi que les propriétés des électrons chauds dans les objets plasmoniques à l'échelle nanométrique. Nous mettons en œuvre des stratégies de contrôle agissant sur le paysage plasmonique et la densité de surface des électrons afin de créer des dispositifs fonctionnels actifs à base de plasmonique tels que des portes booléennes universelles.

Plasmonique Quantique

Nous nous intéressons à la transposition des concepts d'électrodynamique quantique de cavité (cQED) à la plasmonique et à la nanophotonique. Cela assurerait une meilleure compréhension de l'interaction lumière-matière à l'échelle nanométrique et devrait permettre d'adapter les dispositifs optiques à microcavité (ex: laser à bas seuil, source de photon unique cohérente, superradiance,…) à la nano-optique.

En collaboration avec le département Interactions quantiques et Contrôle de l'ICB, nous développons un hamiltonien non hermitien efficace et dérivons des équations de Lindblad de la dynamique qui transpose exactement les concepts cQED en plasmonique. Une attention particulière est accordée à la prise en compte des pertes de fuite et d'absorption et à la description complète de leur effet sur le processus de couplage émetteur-plasmon. Une compréhension simple et précise de l'échange d'énergie en pleine analogie avec le traitement cQED et une image d'atome habillé est développée. Des états de Fano et un dissipateur collectif associés aux fuites de rayonnement sont introduits. Les modèles classiques (dipôles oscillants en environnement complexe) ou semi-classiques (systèmes à deux niveaux couplés à des champs électromagnétiques classiques) sont systématiquement comparés à une approche quantique complète facilitant la représentation physique et le rôle des corrections quantiques lorsqu'elles sont disponibles. Le régime de couplage fort et les effets collectifs sont considérés avec des applications telles que la génération de lumière non classique, les nanosources optiques brillantes et ultra-rapides ou l'ingénierie des nanomatériaux.

Nouveaux matériaux pour la photonique non linéaire intégrée

Concernant le dioxyde de titane (TiO2), nous avons une solide expérience comme en témoigne la première démonstration d’un supercontinuum s’étalant sur plus d’une octave. Nous continuons à développer cette plateforme en visant des composants reconfigurables rendues possible par son fort coefficient thermo-optique.

MEMBRES

Permanents
  • J. Arocas (AI)
  • A. Bouhelier (DR CNRS)
  • B. Cluzel (MCF HDR)
  • A. Coillet
  • G. Colas des Francs (PR)
  • O. Demichel (CR CNRS)
  • E. Dujardin (DR CNRS)
  • F. De Fornel (DR CNRS)
  • K. Hammani (MCF)
  • L. Salomon (MCF)
  • M. Petit
  • C. Riffault (Tech gestion admin)
  • J.-C. Weeber (PR)
Post Doctorants
  • Y. Brûlé
  • M. Gourier
  • D. Sharma

PUBLICATIONS
SCIENTIFIQUES

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Plasmonics, Resonant nanophotonIcs and SubMicron optics (PRISM)

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Benoît CLUZEL

RESPONSABLE

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Gérard COLAS DES FRANCS

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{slide=Appareils électro-plasmoniques}

Nous développons des composants à l'échelle nanométrique basés sur une transduction réversible entre un électron et un photon à l'aide d'antennes à gap optique. Notre concept propose de nouvelles approches dans lesquelles la source lumineuse et le détecteur peuvent être intégrés dans une seule nanostructure métallique. Au cœur de cette famille de dispositifs se trouve un espace tunnel à l'échelle atomique dans lequel la rectification optique, le tunneling inélastique et les porteurs chauds peuvent mélanger réciproquement des photons et des électrons avec une dynamique de conversion ultrarapide.

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Les nanostructures plasmoniques présentent divers phénomènes non linéaires sous un éclairage pulsé dans le proche infrarouge. Parmi les plus importantes, on peut citer l'émission du second harmonique et la présence de photoluminescence non linéaire à large bande (N-PL) Les caractéristiques spectrales et temporelles du N-PL sont dictées par le paysage plasmonique et la dynamique des porteurs chauds créés dans le métal N -PL est donc un observable précieux pour surveiller la façon dont les plasmons de surface se développent dans diverses géométries ainsi que les propriétés des électrons chauds dans les objets plasmoniques à l'échelle nanométrique. Nous mettons en œuvre des stratégies de contrôle agissant sur le paysage plasmonique et la densité de surface des électrons afin de créer des dispositifs fonctionnels actifs à base de plasmonique tels que des portes booléennes universelles.

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{slide=Plasmonique Quantique}

Nous nous intéressons à la transposition des concepts d'électrodynamique quantique de cavité (cQED) à la plasmonique et à la nanophotonique. Cela assurerait une meilleure compréhension de l'interaction lumière-matière à l'échelle nanométrique et devrait permettre d'adapter les dispositifs optiques à microcavité (ex: laser à bas seuil, source de photon unique cohérente, superradiance,…) à la nano-optique.

En collaboration avec le département Interactions quantiques et Contrôle de l'ICB, nous développons un hamiltonien non hermitien efficace et dérivons des équations de Lindblad de la dynamique qui transpose exactement les concepts cQED en plasmonique. Une attention particulière est accordée à la prise en compte des pertes de fuite et d'absorption et à la description complète de leur effet sur le processus de couplage émetteur-plasmon. Une compréhension simple et précise de l'échange d'énergie en pleine analogie avec le traitement cQED et une image d'atome habillé est développée. Des états de Fano et un dissipateur collectif associés aux fuites de rayonnement sont introduits. Les modèles classiques (dipôles oscillants en environnement complexe) ou semi-classiques (systèmes à deux niveaux couplés à des champs électromagnétiques classiques) sont systématiquement comparés à une approche quantique complète facilitant la représentation physique et le rôle des corrections quantiques lorsqu'elles sont disponibles. Le régime de couplage fort et les effets collectifs sont considérés avec des applications telles que la génération de lumière non classique, les nanosources optiques brillantes et ultra-rapides ou l'ingénierie des nanomatériaux.

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{slide=Nouveaux matériaux pour la photonique non linéaire intégrée}

Concernant le dioxyde de titane (TiO2), nous avons une solide expérience comme en témoigne la première démonstration d’un supercontinuum s’étalant sur plus d’une octave. Nous continuons à développer cette plateforme en visant des composants reconfigurables rendues possible par son fort coefficient thermo-optique.

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  • C. Riffault (Tech gestion admin)
  • J.-C. Weeber (PR)

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  • D. Sharma

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