Dispositif optique non linéaire actif basé sur des nanostructures sources cœur diélectrique non centrosymmétrique – coquille plasmonique – RACINE

Le projet RACINE propose de développer pour les technologies de l’Information et la Communication un dispositif optique non linéaire actif tout optique basé sur des sources nanométriques innovantes constituées d’un cœur diélectrique non centrosymétrique et d’une coquille plasmonique. A cet effet, le projet se déroule en trois parties : (i) la synthèse des nanosources et leur caractérisation structurale, (ii) la détermination quantitative des propriétés optiques non linéaires de ces objets pour différents processus à l’échelle d’un ensemble ou de la nanoparticule unique, (iii) l’incorporation des nanosources dans un piège optique pour réaliser un dispositif actif. L’élaboration contrôlée des nanosources et en particulier de la couronne plasmonique sera effectuée par modification de la surface des cœurs diélectriques par des silanes ou des polymères chargés suivi par une étape de déposition – précipitation après réduction d’un sel métallique d’or. Les caractérisations permettront de déterminer les paramètres morphologiques des structures ainsi que la localisation exacte dans le spectre optique des résonances de plasmon de surface localisées associées à la couronne plasmonique. Une très grande efficacité est attendue pour les processus optiques non linéaires visés. En effet, la couronne plasmonique permet d’exalter les champs électromagnétiques au sein du cœur non centrosymétrique actif. Ces efficacités optiques non linéaires seront déterminées pour des distributions complètes lors de mesures sur des ensembles ainsi qu’à l’échelle de la nanoparticule unique pour un affinement de la relation morphologie physique – réponse optique. Les mesures individuelles pourront aussi bien être réalisées directement en solution ou bien pour des particules déposées sur substrat. Nous avons identifié comme processus optiques non linéaires les plus à même de conduire à des applications les processus de conversion de fréquence (doublage, triplage et addition de fréquence) et les processus de modulation d’intensité (effets Kerr sur indices optiques variables). Les nanoparticules synthétisées et caractérisées seront ensuite introduites dans une pince optique. De nouvelles caractérisations optiques à l’échelle de la nanoparticule unique pourront être alors conduite en s’affranchissant de limites liées à la détermination de l’orientation des nanoparticules. En effet, dans le piège, les nanoparticules ne peuvent prendre une orientation définie. Le piège pourra alors être déplacé de manière latérale ou longitudinale de manière à sortir la nanoparticule du volume focal du laser d’excitation des processus optiques non linéaires. Ainsi, la réponse optique sera modulée par la présence ou absence de la nanoparticule. Cette actuation du piège sera réalisée par l’introduction de modifications dans les paramètres du faisceau laser de piégeage à l’aide d’un modulateur spatial de lumière. Un dispositif actif tout-optique sera ainsi constitué pour des applications en conversion de fréquence ou modulation d’intensité.