Une première mise en évidence des ondes non-linéaires autoconfinées au sein de structures plasmoniques
Des chercheurs et des chercheuses de l’Institut Fresnel et de FEMTO-ST ont pour la première fois observé expérimentalement des ondes non-linéaires autoconfinées dans des structures plasmoniques. Ces travaux, publiés dans la revue ACS Photonics, sont accompagnés d’une correction de la version spatiale de l’équation de Schrödinger non-linéaire.
Prédites depuis plus de quarante ans, les ondes non-linéaires autoconfinées dans des structures plasmoniques sont des ondes qui se propagent, pour partie, dans un matériau diélectrique non-linéaire, ainsi que dans un métal qui assure une forte localisation spatiale du champ électromagnétique, mais qui augmente les pertes. Malgré les récentes avancées de la plasmonique, différents problèmes techniques et théoriques empêchaient jusqu’ici d’observer ces ondes. Des chercheurs et des chercheuses de l’Institut Fresnel (CNRS/AMU/Centrale Marseille) et du laboratoire FEMTO-ST (CNRS/UTBM/UFC/ENSMM), en collaboration avec l’Institut des sciences chimiques de Rennes (ISCR, CNRS/INSA Rennes/ENSC Rennes/Univ. Rennes 1), l’Institut d’électronique et des technologies du numérique (IETR, CNRS/INSA Rennes/Univ. Rennes 1/Univ. de Nantes/CentraleSupélec) et l’Université de Pardubice (République tchèque) ont apporté les toutes premières preuves expérimentales de l’existence des ondes non-linéaires autoconfinées dans des structures plasmoniques.
Les scientifiques ont pour cela dû fabriquer une structure plasmonique adéquate, identifiée et conçue grâce à de nombreuses simulations réalisées en amont. Elle est principalement constituée d’une couche micrométrique de verre de chalcogénure hautement non-linéaire et peu photosensible recouverte d’une couche de dix nanomètres de silice. Les régions plasmoniques sont obtenues par dépôt d’une couche d’or d’une trentaine de nanomètres d’épaisseur sur la silice. Le faisceau lumineux injecté dans la structure est émis à la longueur d’onde utilisée pour les télécommunications fibrées. Il provient d’une source laser intense et brève. Les comparaisons entre résultats expérimentaux et simulations numériques sont bonnes car l’équipe avait auparavant corrigé le terme non-linéaire dans la version spatiale de l’équation de Schrödinger non-linéaire. Les scientifiques ont montré que ce terme avait en fait besoin d’un facteur correctif adapté à chaque structure étudiée. La mise en évidence de l’existence de ces ondes non-linéaires autoconfinées au sein de structures plasmoniques, ainsi que l’amélioration du bagage théorique, va relancer la recherche sur le sujet. À terme, l’objectif serait de mieux contrôler ces phénomènes non-linéaires pour pouvoir d’employer des sources laser moins intenses, afin de les utiliser pour des applications en nanophotonique.
© Tintu Kuriakose, Gilles Renversez, et Mathieu Chauvet
Références
Nonlinear Self-Confined Plasmonic Beams : Experimental Proof.
T. Kuriakose, G. Renversez, V. Nazabal, M. M. R. Elsawy, N. Coulon, P. Němec, and M. Chauvet.
ACS Photonics, vol. 7(9), pp. 2562-2570, (2020)
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.0c00906