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Theses Year : 2013

Metal-dielectric guided mode resonance structures and applications to filtering and infrared imaging

Structures m étal-di électriques à r ésonance de mode guid é et applications au filtrage et à l'imagerie infrarouge

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Abstract

Nanotechnologies have reached a maturity level that allows designing, with high confidence level, functionalized components for complex optical systems. In this context, this work addresses the issue of spectral filtering. I proposed a new design of filter based on the combination of a dielectric waveguide and on a subwavelength metallic grating. In a first time, I fabricated and characterized structures based on this design (with one dimensional 1D or two dimensional 2D geometries). I analyzed in detail the resonance mechanism and I studied the properties of these structures in terms of spectral tunability, polarization behavior, rejection efficiency and angular tolerance. Then, I proposed derivatives of these components with improved rejection efficiency and angular tolerance. Secondarly, I used various derivatives of these components to address angular filtering or multispectral imaging applications. For the latter, a 24-filter matrix has been optimized and integrated inside an infrared multispectral camera for CO2 sensing. Difficulties related to its real use conditions are highlighted and solutions are proposed to improve our results, already promising.
Les nanotechnologies ont atteint une maturité qui permet de concevoir, avec un haut niveau de fiabilité, des composants fonctionnalisés pour des systèmes optiques complexes. Cette thèse traite, dans ce cadre, du filtrage spectral. J'ai ainsi proposé un nouveau concept de filtre composé d'un guide d'onde en diélectrique et d'un réseau métallique sub-longueur d'onde. Dans un premier temps, j'ai conçu, fabriqué et caractérisé des structures (unidimensionnelles 1D ou bidimensionnelles 2D) basées sur ce concept. J'ai mené l'analyse détaillée du mécanisme de résonance, et j'ai étudié les propriétés de ces structures en termes d'accordabilité spectrale, de polarisation, d'efficacité de réjection, et de tolérance angulaire. J'ai par la suite proposé des variantes de ces structures pour en améliorer l'efficacité de réjection et la tolérance angulaire. Dans un deuxième temps, j'ai entrepris d'utiliser les différentes variantes de ce type de composant pour des applications de filtrage angulaire ou d'imagerie multispectrale. Concernant cette dernière, une matrice de 24 filtres a été optimisée et intégrée dans une caméra multispectrale infrarouge cryogénique pour des applications d'estimation de la concentration de CO2 ou de télémétrie. Les difficultés liées aux conditions réelles d'utilisation de la caméra sont mises en évidence et des solutions sont proposées pour améliorer nos résultats, déjà très encourageants.
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Format : Other

Dates and versions

pastel-00840623 , version 1 (02-07-2013)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00840623 , version 1

Cite

Emilie Sakat. Structures m étal-di électriques à r ésonance de mode guid é et applications au filtrage et à l'imagerie infrarouge. Optique / photonique. Ecole Polytechnique X, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00840623⟩
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