Modélisation de l'influence de la géométrie sur des capteurs plasmoniques à détection de phase

L'interface entre un métal et un milieu diélectrique peut supporter des ondes guidées appelées « plasmons de surfaces » liées aux oscillations des électrons à la surface du milieu métallique. Différents types de coupleurs plasmoniques permettent l'excitation de ces ondes de surfaces. Parmi les dispositifs les plus employés, on distingue les coupleurs plans reposant sur le phénomène de réflexion totale atténuée et les nanostructures périodiques qui exploitent la diffraction évanescente de la lumière. L'excitation des plasmons de surface est principalement exploitée au sein de capteurs d'indice de réfraction de haute précision. Un faisceau laser a alors la possibilité de se coupler au système (on parle alors de résonance), la détection se fait donc à partir du faisceau émergeant du système. Le suivi d'indice peut se faire en étudiant la variation de l'intensité ou du déphasage liée au coupleur en fonction d'un paramètre ajustable (longueur d'onde, angle de couplage). Les capteurs à détection d'intensité sont aujourd'hui bien connus et représentent la grande majorité des dispositifs de détection existants. Moins étudiée, la détection de phase représente pourtant une voie intéressante d'amélioration des performances de détection selon la géométrie du coupleur employé. Ce mémoire a pour principal objectif de mieux comprendre le lien entre la géométrie des coupleurs plasmoniques et la réponse de phase qui leur est associée afin de proposer des voies d'amélioration pour ce type de détection. Pour ce faire, les deux principales méthodes employées en détection plasmonique, à savoir le couplage par prisme et le couplage par réseau de diffraction, sont modélisées dans ce travail. Dans le cadre d'un couplage par prisme, le formalisme de Fresnel permet de modéliser la réponse de phase du système. Nous avons étudié une configuration dite de Kretschmann-Raether impliquant le dépôt sur le prisme d'une couche mince métallique. Pour une épaisseur particulière de cette couche, le couplage plasmonique conduit à une annulation de l'intensité réfléchie par le système. Dans un premier temps, on montre l'importance de cette épaisseur dans l'étude de la réponse de phase du même système. Une caractérisation des performances de détection est par la suite proposée. Elle permet de mesurer le gain en sensibilité et les inconvénients en termes de résolution et de plage de détection qu'il peut y avoir à travailler à cette épaisseur dite