Hybridation de résonateurs photoniques ouverts

Abstract

Le contrôle de l'interaction entre la lumière et la matière est d'une importance capitale dans de nombreuses technologies modernes, avec des applications allant de la détection, aux télécommunications et à l'information quantique. Les résonateurs nanophotoniques permettent d'améliorer cette interaction par le confinement et le stockage du champ lumineux.Cette thèse étudie l'hybridation des modes propres des nano et microrésonateurs, et en particulier les propriétés de résonateurs hybrides composés d'une cavité diélectrique et de nanoantennes plasmoniques. Les résonateurs photoniques présentent toujours des pertes, en particulier par rayonnement, et ainsi, ne peuvent être bien décrits que dans le cadre de la théorie des modes quasi-normaux (quasinormal modes - QNM). Nous confirmons la pertinence de telles théories en étudiant numériquement et expérimentalement la perturbation de cavités diélectriques à facteurs de qualité élevés.Ensuite, nous proposons une théorie permettant d’étudier l'hybridation de plusieurs résonateurs pour ainsi prédire les propriétés de l’ensemble. Dans le cas d’hybrides antenne-cavité, des travaux antérieurs ont démontré le grand potentiel de ce type de résonateurs pour améliorer l'interaction lumière-matière au-delà de ce qui accessible avec leurs composants pris individuellement. Nous montrons ici, par le biais de travaux théoriques et expérimentaux, que ces résonateurs offrent également des degrés de contrôle supplémentaires sur les propriétés de la lumière émise, telles que la directionnalité, ou encore l’émission d’ondes présentant un moment angulaire orbital pur. Enfin, nous étudions les performances de tels résonateurs hybrides dans le cadre de l'optomécanique moléculaire. En effet, nous montrons qu'ils constituent une excellente plateforme pour augmenter la diffusion Raman, tout en offrant des canaux d’excitation et d’émission dont les propriétés peuvent-être contrôlées, pour les signaux de pompe et Raman.