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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

  • 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.

Génération de troisième harmonique dans un guide nanophotonique spirale
Lumière courbe dans un cristal photonique à gradient - vue d'artiste
Génération d'un faisceau plasmoniqe non-diffractant - Vue d'artiste
Eclairage interférométrique résolu angulairement.
Image TEM d'un monocristal d'or (Epaisseur : 50nm).
Un des microscopes en champ proche optique développé dans le groupe

Membres de l'équipe

Permanents
  • J. Arocas (AI)
  • A. Bouhelier (DR CNRS)
  • B. Cluzel (MCF HDR)
  • A. Coillet
  • G. Colas des Francs (PR)
  • O. Demichel (CR 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
Doctorants

Publications

2015

1) S. Viarbistkaya, O. Demichel, B. Cluzel, G. Colas des Francs & A. Bouhelier, Delocalization of nonlinear optical responses in plasmonic nanoantennas, Physical Review Letters 115, 197401 (2015)

2) R. Laberdesque, O. Gauthier-Lafaye, H. Camon, A. Monmayrant, M. Petit, O. Demichel & B. Cluzel, High order modes in Cavity Resonator Intergrated Guided-mode Resonance Filters (CRIGFS), J. Opt. Soc. Am. A 11, 1973 (2015)

3) C. Pin, B. Cluzel, C. Renaut, E. Picard, D. Peyrade, E. Hadji & F. de Fornel, Mie and Rayleigh trapping of fluorescent microprobes in the near-field of silicon nanocavity, ACS Photonics 2, 1410 (2015)

2011

1) L. Lalouat, B. Cluzel, C. Dumas, L. Salomon et F. de Fornel, Imaging photoexcited optical modes in photonic-crystal cavities with a near-field probe, Physical Review B 83, 115326 (2011)

2) J. Dellinger, D. Bernier, B. Cluzel, X. Le Roux, A. Lupu, F. de Fornel et E. Cassan, Near field direct experimental observation of beam steering in a photonic crystal superprism, Optics Letters 36, 1074 (2011)

3) B. Cluzel, L. Lalouat, P. Velha, E. Picard, E. Hadji, D. Peyrade, P. Lalanne et F. de Fornel, Extraordinary tuning of a nanocavity by a near-field probe, Photonics and Nanostructures 9, 269 (2011)

4) D. Brissinger, A. L. Lereu, L. Salomon, T. Charvolin, B. Cluzel, C. Dumas, A. Passian et F. de Fornel, Discontinuity induced angular distribution of photon plasmon coupling, Optics Express 19, 17750 (2011)

5) B. Cluzel, K. Foubert, L. Lalouat, J. Dellinger, D. Peyrade, E. Picard, E. Hadji e t F. de Fornel, Addressable sub-wavelength grids of confined light in a multi-slotted nanoresonator, Applied Physics Letters 98, 081101 (2011)– article sélectionné en couverture

2014

1) C. Pin, B. Cluzel, C. Renaut, D. Peyrade, E. Picard, E. Hadji & F. de Fornel, Optofluidic taming of a colloidal dimer with a silicon nanocavity, Applied Phyics Letters 108, 171108 (2014)

2) O. Demichel, M. Petit, G. Colas des Francs, A. Bouhelier, E. Hertz, F. Billard, F. de Fornel & B. Cluzel, Selective excitation of bright and dark plasmonic resonances of single gold nanorods, Optics Express 22, 15088 (2014)

2010

1) G. Scherrer, M. Hofman, W. Smigaj, B. Gralak, X. Mélique, O. Vanbésien, D. Lippens, C. Dumas, B. Cluzel et F. de Fornel, Interface engineering for improved light transmittance through photonic crystal flat lenses, Applied Physics Letters 97, 071119 (2010)

2) J. Marquès-Hueso, L. Sanchis, B. Cluzel, F. de Fornel et J. P. Martinez-Pastor, Genetic algorithm designed silicon integrated photonic lens operating at 1550nm, Applied Physics Letters 97, 071115 (2010)

3) A.Coillet, B. Cluzel, G. Vienne, P. Grelu et F de Fornel, Near-field characterization of glass microfibers on a low-index substrate, Applied Physics B 101, 291-295 (2010)

2013

1) E. Cassan, J. Dellinger, X. Le Roux, K. Van Do, F. de Fornel & B. Cluzel, Homogenization limit in a graded photonic crystal, Physical Review B 88, 125138 (2013)

2) S. Kaya, J.-C. Weeber, F. Zacharatos, K. Hassan, T. Bernardin, B. Cluzel, J. Fatome & C. Finot, Photo-thermal modulation of surface plasmon polariton propagation at telecommunication wavelengths, Optics Express 21, 22269 (2013)

3) M. Hofman, G. Scherrer, M. Kadic, X. Mélique, W. Smigaj, B. Cluzel, S. Guenneau, D. Lippens, F. de Fornel, B. Gralak & O. Vanbésien, Dispersion Engineering for Multifunctional Photonic Crystal Based Nanophotonic Devices at Infrared Wavelengths, Journal of Nanomedecine & Nanotechnology 4, 1000185 (2013)

4) G. Scherrer, M. Hofman, W. Smigaj, M. Kadic, T.-M Chang, X. Mélique, D. Lippens, O. Vanbésien, B. Cluzel, F. de Fornel, S. Guenneau & B. Gralak, Photonic crystal carpet: Manipulating wave fronts in the near-field at 1.55µm, Physical Review B 88, 115110 (2013)

5) C. Renaut, B. Cluzel, J. Dellinger, L. Lalouat, E. Picard, D. Peyrade, E. Hadji, F. de Fornel, On Chip Shapeable Optical Tweezers, Nature Scientific Reports 3, 2290 (2013)

6) P. Genevet, J. Dellinger, R. Blanchard, A. She, M. Petit, B. Cluzel, M.A. Kats, F. de Fornel & F. Capasso, Generation of two-dimensional plasmonic bottle beams, Optics Express 21, 10295 (2013)

7) J. Marques-Hueso, L. Sanchis, B. Cluzel, F. de Fornel & J.P. Martínez-Pastor, Properties of silicon integrated photonic lenses: bandwidth, chromatic aberration, and polarization dependence, Optical Engineering 52 (9), 091710(2013)

8) E. Cassan, K. Van Do, J. Dellinger, X. Le Roux, F. de Fornel & B. Cluzel, Polarization beam splitting using a birefringent graded photonic crystal, Optics Letters 38, 459 (2013)

2009

1) D. Brissinger, B. Cluzel, A. Coillet, C. Dumas, P. Grelu et F. de Fornel, Near-field control of an optical bistability in a nanocavity, Physical Review B 80, 033103 (2009)

2) K. Foubert, L. Lalouat, B. Cluzel, E. Picard, D. Peyrade, F. de Fornel et E. Hadji, An air-slotted nanoresonator relying on coupled high-Q small-V Fabry Perot nanocavities, Applied Physics Letters 94, 251111 (2009)

2012

1) J. Girard, G. Scherrer, A. Cattoni, E. Le Moal, A. Talneau, B. Cluzel, F. de Fornel, and A. Sentenac, Far-field optical control of a moveable subdiffraction light grid, Physical Review Letters 109, 187404 (2012)

2) J. Dellinger, K. Van Do, X. Le Roux, F. de Fornel, E. Cassan, B. Cluzel, Hyperspectral optical near-field imaging: looking graded photonic crystals and photonic metamaterials in color, Applied Physics Letters 101, 141108 (2012)

3) Jiao Lin, Jean Dellinger, Patrice Genevet, Benoit Cluzel, Frederique de Fornel, and Federico Capasso, Cosine-Gauss plasmon beam: A localized long-range nondiffracting surface wave, Physical Review Letters 109, 093904 (2012), Article cité (Rubrique News and Views) dans Nature Photonics, vol6, 720, Novembre 2012

4) K. Foubert, B. Cluzel, L. Lalouat, E. Picard, D. Peyrade, F. de Fornel, and Emmanuel Hadji, Influence of dimensional fluctuations on the optical coupling between nanobeam twin cavities, Physical Review B 85, 235454 (2012)

5) C. Renaut, J. Dellinger, B. Cluzel, T. Honegger, D. Peyrade, E. Picard; F. de Fornel et E. Hadji, Assembly of microparticles by optical trapping with a photonic crystal nanocavity, Applied Physics Letters 100, 101103 (2012)

2008

1) K. Foubert, L. Lalouat, B. Cluzel, E. Picard, D. Peyrade, E. Delamadeleine, F. de Fornel et E. Hadji, Near-field modal microscopy of the subwavelength confinement in multi-mode silicon slot waveguides, Applied Physics Letters 93, 251103 (2008)

2) L. Lalouat, B. Cluzel, L. Salomon, C. Dumas, C. Seassal, N. Louvion, S. Callard et F. de Fornel, Real space observation of two-dimensional Bloch wave interferences in a negative index photonic crystal cavity, Physical Review B, 78, 235304 (2008)

3) N. Fabre, L. Lalouat, B. Cluzel, X. Mélique, D. Lippens, F. de Fornel, O. Vanbésien, Optical near-field microscopy of light focusing through a photonic crystal flat lens, Physical Review Letters 101, 073901 (2008) – Article cité (Rubrique Highlights) dans Nature Photonics, vol2, 591, octobre 2008

4) L. Lalouat, B. Cluzel, F. de Fornel, P. Velha, P. Lalanne, D. Peyrade, E. Picard T. Charvolin, E. Hadji, Sub-wavelength imaging of light confinement in high Q/ small V photonic crystal nanocavity, Applied Physics Letters 98, 111111 (2008), -Article cité (Rubrique Highlights) dans Nature Photonics, vol2, 265, mai 2008

5) B. Cluzel, L. Lalouat, P. Vehla, E.Picard, D. Peyrade, J.C. Rodier, T. Charvolin, P. Lalanne, E. Hadji, F. de Fornel, Nano-manipulation of confined electromagnetic fields with a near-field probe, CRAS Physique 9, 24 (2008)

6) B. Cluzel, L. Lalouat, P. Vehla, E.Picard, D. Peyrade, J.C. Rodier, T. Charvolin, P. Lalanne, F. de Fornel, E. Hadji, A near-field actuated optical nanocavity, Optics Express 16, 279 (2008)

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