Extension de modélisation par FDTD en nano-optique
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Date
2008-11-26
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universite Mouloud Mammeri
Abstract
Cette thèse constitue un ensemble de travaux et de réflexions sur la question de la
modélisation des applications électromagnétiques en nano-optique en utilisant la méthode
des différences finies dans le domaine temporel (FDTD).
Dans un premier temps, des codes FDTD bidimentionnels pour le calcul de bandes
interdites photoniques ont été mis en oeuvre. Ces algorithmes tiennent comptes de la
dispersion des métaux nobles dans la gamme optique décrite par le modèle de Drude ou
de Drude-Lorentz. Ces programmes FDTD permettent de tenir compte de la propagation
soit dans le plan perpendiculaire au plan d’invariance (appelé "cas dans le plan" ou
"in-plane" en anglais) pour les deux polarisations TE et TM ainsi que le cas d’une
propagation quelconque hors du plan (ou off-plane). Plusieurs diagrammes de bandes sont
calculés et présentés pour les structures carrées et triangulaires dans les cas diélectriques
et métalliques.
Ensuite, nous avons implémenté un code BOR-FDTD, basé sur la discrétisation des
équations de Maxwell exprimées en coordonnées cylindriques, pour la modélisation des
guides d’ondes (ou d’autres objets) à symétrie de révolution. Les conditions absorbantes
PML pour décrire l’espace libre sont intégrées à la BOR-FDTD ainsi que les deux modèles
de Drude et de Drude-Lorentz. Des simulations ont été effectuées pour le calcul de
modes propres de guides d’ondes coaxiaux et cylindriques sub-longueurs d’ondes faits en
métal parfait et en métal réel (argent par exemple). Les résultats montrent la possibilité
de guider des signaux optiques sans beaucoup de pertes dans un guide coaxial fait en
argent de dimensions sublongueur d’onde. Ce dernier résultat est original et constitue
une très importante avancée dans le domaine de la "nanoconnectique" en optique, plus
particulièrement pour l’optique intégrée.
Puis, un autre code numérique FDTD-3D a été élaboré pour la modélisation des
structures périodiques (type cristaux photoniques tridimensionnels) éclairées en incidence
oblique. Ce code intègre aussi les couches absorbantes PML ainsi que les modèles de
dispersion de Drude et de Drude-lorentz. Les résultats obtenus sont comparés à ceux
issus d’autres modèles théoriques. Les applications de ce code à l’étude de radôme, à
l’excitation du mode TEM de la structure métallique à ouvertures annulaires et aux calculs
des spectres d’extinction Raman montrent l’efficacité de la FDTD pour la modélisation
de telles structures.
Description
131f. ; 30cm. (+ CD-Rom)
Keywords
Nano-optique, Electromagnétique, Cristaux photoniques
Citation
Sciences pour l’Ingénieur