Avis de soutenance de thèse de Doctorat 3 Mme ZEGHDOUDI Thinhinane le 09/11/2021

Mme. ZEGHDOUDI Thinhinane

 Soutiendra sa thèse de Doctorat 3ème Cycle en Physique

Intitulée: «Etude par la méthode FDTD de méta-matériaux biréfringents : conception de lames à retard dans la gamme optique »

 Le : 09 Novembre 2021 à Salle de Visioconférences du Centre des Réseaux et Systèmes à 10h.

Directeur de Thèse : M. BELKHIR Abderrahmane

Devant le jury d’examen suivant :

Résumé

 Les structures métalliques périodiques sub-longueurs d’onde permettent d’exhiber de nouvelles fonctionnalités pour des applications en nano-optique. Les métamatériaux biréfringents à base de ces structures sont très convoités en raison de leurs remarquables capacités à contrôler et à manipuler les états de polarisation de la lumière. L’anisotropie artificielle, obtenue par brisure de symétrie, est exploitée pour concevoir des lames compactes compatibles avec les dispositifs nano-optiques tout en exhibant des performances meilleures que celles à base de matériaux biréfringents naturels, caractérisées par de faibles biréfringences impliquant de grandes épaisseurs les rendant de fait inadaptés aux systèmes optiques miniaturisés. L’objectif assigné à ce travail de thèse est de concevoir des lames à retard (quart d’onde QWP et demi-onde HWP) à base de structures exhibant des transmissions exaltées et dont le fonctionnement repose sur l’excitation des modes guidés. Le choix de modes guidés plutôt que les modes plasmoniques a permis de réduire considérablement les pertes inhérentes à la nature réelle du métal dans la gamme optique. Nous avons ainsi conçu plusieurs configurations de lames à retard et notamment une lame demi-onde ultra-mince dans le visible. Nous avons également optimisé les paramètres d’une ouverture coaxiale à âme elliptique gravée dans la couche métallique recouvrant l’apex d’une fibre optique pour permettre au dispositif ainsi formé d’agir comme une lame quart d’onde (QWP) de taille nanométrique, permettant à la fois la commutation de la polarisation linéaire du mode fondamental guidé de la fibre en une polarisation circulaire transmise ainsi qu’un fort confinement du champ électrique dans la zone proche de la sortie de la fibre. 

Mots clés

FDTD, Biréfringence, Lames à retard, QWP, HWP, Nano-optique, Méta-matériaux biréfringents, Transmission exaltée, Fibre optique.

Abstract

 Sub-wavelength periodic metallic structures allow new functionalities for nanooptical applications. Birefringent metamaterials based on these structures are highly prized for their remarkable ability to control and manipulate the polarisation states of light. Artificial anisotropy, obtained by breaking symmetry, is exploited to design compact plates that are compatible with nano-optical devices while exhibiting better performance than those based on natural birefringent materials, which are characterised by low birefringence involving large thicknesses, making them unsuitable for miniaturised optical systems. The aim of this thesis is to design delay plates (quarter-wave QWP and half-wave HWP) based on structures exhibiting exalted transmissions and whose functioning is based on the excitation of guided modes. The choice of guided modes rather than plasmonic modes has enabled us to reduce considerably the losses inherent in the real nature of the metal in the optical range. We have thus designed several configurations of delay plates, in particular an ultra-thin half-wave plate in the visible range. We also optimised the parameters of a coaxial aperture with an elliptical core engraved in the metal layer covering the apex of an optical fibre to allow the formed device to act as a nano-sized quarter-wave plate (QWP), allowing both the switching of the linear polarisation of the guided fundamental mode of the fibre to a transmitted circular polarisation as well as a strong confinement of the electric field in the region close to the fibre exit.

Keywords

FDTD, Birefringence, Delay plates, QWP, HWP, Nano-optics, Birefringent meta-materials, Exalted transmission, Optical fibre.