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Optique de Champ Proche

Le groupe d’Optique de Champ Proche (OCP)  s’intéresse aux phénomènes électromagnétiques mis en jeu dans la matière lorsque celle-ci est structurée à l’échelle sub-longueur d’onde ; cristaux photoniques, dispositifs plasmoniques et métamatériaux sont des axes de recherche privilégiés du groupe.

Dans le cadre des nos recherches à la frontière entre l’électromagnétisme et les nanosciences, nous possédons une expertise internationalement reconnue sur les techniques de microscopies et spectroscopies optiques à l’échelle nanométrique (microscopie de champ proche, microscopie confocale, spectroscopie d’objet unique, spectroscopie des modes guidés…), ainsi que des méthodes de modélisation et simulation numériques du champ électromagnétique (FDTD, FEM, RCWA).

Benoît CLUZEL

Responsable

benoit.cluzel[at]u-bourgogne.fr
Tél : 03 80 39 60 10

Installations et moyens

Le groupe OCP développe des outils intrumentaux et des méthodes en champ proche optique dédiés à l’analyse des interactions lumière matière à l’échelle sublongueur d’onde. Nous disposons notamment d’un parc de microscopes en champ proche optique composé de quatre microscopes développés pour adresser les problématiques actuelles du groupe en plasmonique, en optique intégrée et en dynamique non-linéaire.

  • Microscopie et spectroscopie des modes guidés en nanophotonique intégrée

Nous avons développé deux systèmes de microscopie/spectroscopie des modes guidés dans le proche infrarouge (de 1 à 1.7µm). Le premier système fonctionne par couplage en espace libre au travers de la face clivée des puces intégrées, le second système utilise le couplage direct fibre optique/puce intégrée en exploitant des réseaux de diffraction directement gravés sur les puces.

  • Microscopie et spectroscopie nonlinéaire des dispositifs plasmoniques

L’équipe dispose d’une chaîne femtoseconde accordable composée d’un oscillateur Ti:Saphir et d’un oscillateur paramétrique optique (OPO) permettant de produire des impulsions courtes (~120fs) sur la bande spectrale 400nm-2200nm. Cette chaîne alimente un microscope inversé équipé d’un objectif à immersion de forte ouverture numérique (NA=1.5) sur lequel repose un microscope en champ proche optique. La dispersion de l’ensemble de la chaîne est compensée par une ligne 4f intégrant un modulateur spatila de phase.

  • Microscopie et spectroscopie en angle des surfaces optiques résonnantes

Ce système permet de controller l’angle d’eclairage d’une couche mince optique (film métallique, film nanostructuré) et de sonder les ondes évanescentes générées en surface à l’aide d’un microscope en champ proche optique.

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

Le groupe dispose d’une salle de préparation équipée de paillasses de chimie (acide, HF, solvant) dédiée à la fabrication de sondes de champ proche, à la préparation de surface et à la synthèse colloïdale. Nous utilisons également la plateforme ARCEN du laboratoire ICB pour la nanofabrication (lithographie optique, électronique, gravure ionique, évaporation sous vide) et la nanocaractérisation (MEB, TEM, EDX).

Le groupe développe et utiliser des méthodes  numériques pour le calcul électromagnétique : FEM (COMSOL), FDTD 3D (Fullwave), RCWA (maison). Nous utilisons les ressources informatiques du Centre de Calcul de l’Université de Bourgogne.

Membres de l’équipe

Permanents
Doctorants
  • Maîwen Meisterhans
  • Jean-Baptiste Dory (en cotutelle avec le CEA Grenoble)
Anciens étudiants
  • Christophe Pin
  • Claude Renaut
  • Geoffroy Scherrer
  • Jean Dellinger
  • Damien Brissinger
  • Kevin Foubert
  • Loïc Lalouat
  • Aude Lereu

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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