Propriétés optiques des nano-trous périodiques dans une couche mince métallique : modélisation, fabrication et application comme biocapteur

Dans cette thèse de doctorat, les réseaux de nano-trous périodiques dans des films métalliques sont étudiés. Leurs dimensions sont de l'ordre de la centaine de nanomètres, autant pour la taille du trou que l'espacement entre chacun et l'épaisseur du film. Ils possèdent des propriétés optiques remarquables : à certaines longueurs d'onde, la lumière qui diffracte à la surface de cette structure peut se coupler avec l'onde de propagation à l'intérieur du trou. Lorsque ces conditions sont rencontrées, un phénomène de résonance est excité et une forte transmission optique est observée de l'autre côté du film. On parle alors de transmission optique extraordinaire ou EOT pour "Extraordinary Optical Transmission". Le terme extraordinaire provient du fait que, si on considère la transmission optique des trous individuellement, l'intensité observée serait plusieurs ordres de grandeur inférieure à celle mesurée pour le réseau. De plus, même si on réunissait tout les trous en un seul grand trou (avec les proportions avec la partie métallique conservée), la transmission optique serait encore inférieure à celle observée pour le réseau. Le réseau possède donc la propriété de canaliser la lumière vers les indentations et ainsi de concentrer l'onde électromagnétique vers l'intérieur de l'indentation. Ces structures permettent de manipuler la lumière à l'échelle du nanomètre et ainsi de construire des matériaux avec des propriétés optiques remarquables. Dans une première partie de cette étude de ces structures, la modélisation des propriétés optiques est abordée en utilisant la théorie des modes couplés ou CMT pour "Coupled Mode Theory". Cette méthode consiste en une expansion des champs électromagnétiques des modes possibles dans chacun des milieux de la structure ainsi qu'un calcul des coefficients de couplages de l'onde d'un milieu à l'autre. Bien que d'autres méthodes de modélisation analytique existent, la CMT a été choisie car elle permet de minimiser les approximations employées dans la modélisation, tout en offrant un développement analytique typique des problèmes de transmission optique. De plus, sous certaines proximations, la méthode permet d'écrire les équations sous une forme simple qui décrit directement l'origine de la résonance. Une compréhension approfondie des mécanismes en jeu de la transmission optique est donc obtenue grâce à cette modélisation. Dans le cadre de ce travail de modélisation, une contribution originale a été effectuée afin d'approfondir la méthode lorsque l'on considère plusieurs modes possibles à l'intérieur des indentations.