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1 - CONTEXTE

2 - INGÉNIERIE DE DISPERSION : PRINCIPES

3 - VERS LA DÉTECTION ET L’IMAGERIE INFRAROUGE

4 - CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Article de référence | Réf : RE232 v1

Contexte
Nanophotonique : ingénierie de dispersion pour la détection et l’imagerie infrarouge

Auteur(s) : Olivier VANBESIEN

Date de publication : 10 avr. 2014

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RÉSUMÉ

L'ingénierie de dispersion dans les matériaux artificiels tels que les cristaux photoniques permet un contrôle sans précédent de la propagation de la lumière. Cette ingénierie globale des paramètres effectifs des matériaux a permis la mise en évidence de régimes d'ultra-réfraction (autocollimation, réfraction négative) et trouve désormais son prolongement par une ingénierie localisée dans le cadre de l'optique de transformation (et la recherche de l'invisibilité). Après une description des principes physiques, différentes réalisations technologiques pour la focalisation et l'invisibilité en infrarouge à base de cristaux photoniques sont présentées. Pour conclure, une étude de faisabilité pour la détection et l'imagerie est proposée.

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ABSTRACT

Nanophotonics: dispersion engineering for infrared detection and imagery

dispersion engineering in artificial materials, as photonic crystals, permits a unique control of light propagation. This bulk engineering of material parameters has allowed to study ultra-refraction phenomena (self collimation, negative refraction) and is extended now to localized engineering concepts in the framework of transformation optics (and the search for invisibility). Following a description of the physical effects involved, some photonic crystal based fabricated prototypes for infrared focusing and partial invisibility will be presented. To conclude, a feasibility study for infrared detection and imaging will be proposed.

Auteur(s)

  • Olivier VANBESIEN : Professeur des universités - Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN – UMR CNRS 8520) – Université Lille 1, avenue Poincaré CS60069, 59652 Villeneuve d’Ascq Cedex, France

INTRODUCTION

Résumé :

l’ingénierie de dispersion dans les matériaux artificiels tels que les cristaux photoniques permet un contrôle sans précédent de la propagation de la lumière. Cette ingénierie globale des paramètres effectifs des matériaux a permis la mise en évidence de régimes d’ultra-réfraction (autocollimation, réfraction négative) et trouve désormais son prolongement par une ingénierie localisée dans le cadre de l’optique de transformation (et la recherche de l’invisibilité). Après une description des principes physiques, différentes réalisations technologiques pour la focalisation et l’invisibilité en infrarouge à base de cristaux photoniques seront présentées. Pour conclure, une étude de faisabilité pour la détection et l’imagerie sera proposée.

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KEYWORDS

transformation optics   |   photonic crystals   |   ultra-refraction   |   negative refraction   |   gradient index

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re232


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1. Contexte

Depuis le milieu des années 1980, les cristaux photoniques diélectriques ont occupé une place de plus en plus importante dans le domaine de la nanophotonique intégrée, notamment dans le domaine de longueurs d’onde infrarouge. L’exploration de ce domaine spectral s’est imposée naturellement, à la fois à cause des matériaux utilisés, les semi-conducteurs, et à cause des échelles de structuration souhaitées, quelques centaines de nanomètres, qui correspondaient au domaine d’application des technologies avancées de la micro et nanoélectronique. Sur cette base, l’exploitation des bandes interdites photoniques induites par la structuration périodique de la matière (réseaux de trous dans une matrice ou réseaux de piliers) a permis l’apparition de guides d’ondes à faibles pertes et rayons de courbure quelconques, de coupleurs à insertion-extraction miniaturisés pour le multiplexage à haute densité, ou encore de microcavités à fort coefficient de qualité pour les applications lasers sans seuil par exemple ( à ).

Parallèlement, les années 1990 ont vu l’apparition des métamatériaux, pour lesquels un ordre de grandeur dans l’échelle de structuration par rapport à la longueur d’onde devait être gagné, ainsi que celle de nouveaux effets associés tels que la réfraction négative ou l’ultra-réfraction. La combinaison des deux a poussé la communauté des cristaux photoniques à s’interroger sur une généralisation possible de leur utilisation dans ce domaine nouveau de l’ingénierie de réfraction en exploitant les bandes permises du diagramme de dispersion. Plus...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - YABLONOVITCH (E.), GMITTER (T.J.), LEUNG (K.M.) -   Photonic band structures ; The face-centered cubic case employing non spherical atoms  -  Phys Rev Lett, Vol. 67 n° 17, pp. 2295-98 (1991).

  • (2) - JOHN (S) -   Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices  -  Phys Rev Lett., Vol. 58 n° 23, pp. 2486-89 (1987).

  • (3) - JOANNOPOULOS (J.D.), MEADE (R.D.), WINN (J.N.) -   Photonic crystal : molding the flow of light  -  Princeton, NJ, Princeton University Press (1995).

  • (4) - VESELAGO (V.G.) -   The electrodynamics of substances with simultaneously negative of ε and µ  -  Sov Phys-Usp, Vol. 10, pp. 509-14 (1968).

  • (5) - PENDRY (J.B.) -   Negative refraction makes a perfect lens  -  Phys Rev Lett, Vol. 85 n° 8, pp. 3966-69 (2000).

  • (6) - VANBESIEN (O.) -   *  -  ....

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