Wave-mixing in hybrid plasmonic nanostructures

Mélange d'ondes dans des nano-structures plasmoniques hybrides

Guillaume Laurent (1)

1 NEEL - NOF - Nano-Optique et Forces

Nonlinear nanophotonics offers a unique opportunity to open new path toward a wide range of pratical applications in sensors, quantum computers, cryptography devices. The main challenge is to enhance nonlinear response of nanosized particles in order to integrate them in optical components. On this purpose, we want to combine the electromagnetic field enhancement in metals (due to a phenomenon called plasmonic resonances) with non linear efficiency of non centrosymmetric nanocrystals. In this thesis, we present a numerical approach for simulating linear and non linear optical processes (second harmonic generation and spontaneous numerical down conversion) in hybrid nanostructures in order to « tune » plasmonic resonances and optimize light/matter coupling. The study predicts an enhancement by several orders of magnitude of the non linear phenomena modeled in composite nano particles.

La nanophotonique non-linéaire offre une opportunité unique pour ouvrir de nouvelles voies vers des applications dans les détecteurs, les ordinateurs et la cryptographie quantique. Cependant, la faiblesse intrinsèque de la réponse non-linéaire des milieux de taille inférieure au micromètres limite fortement l’efficacité des sources optique à cette échelle. Combiner l’exaltation du champ électromagnétique dans les métaux (appelée résonance plasmonique) et l’efficacité non-linéaire de nanocristaux non-centosymétriques apparait extrêmement souhaitable et constitue le coeur de ce projet. Dans ce cadre, le travail présenté dans cette thèse consiste en une approche numérique quantitatives des processus linéaires et non-linéaires (génération de second harmonique et de paires de photons) mis en jeu dans les nanostructures hybrides afin de pouvoir « accorder » les résonances plasmoniques et optimiser le couplage lumière-matière. L’étude menée prédit une exaltation par plusieurs ordres de grandeur des processus non linéaires modélisés au sein de particules composites.

Mots clés: Second harmonic generation; Plasmonics; Spontaneous parametric down-conversion; Hybrid nanostructures; Quantum optics; Nonlinear optics; Numerical simulations

Mots clés: Optique quantique; Génération de second harmonique; Optique non-linéaire; Plasmonique; Nanostructures hybrides; Fluorescence paramétrique; Simulations numériques

Domaines: Optique [physics.optics]

Guillaume Laurent. Mélange d'ondes dans des nano-structures plasmoniques hybrides. Optique [physics.optics]. Université Grenoble - Alpes, 2018. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01992270v1⟩