Le façonnage de modes plasmoniques dans des cavités en forme de diabolo de cristaux 2D d'or permet le routage modal d'un signal non-linéaire depuis un port d'entrée vers un port de sortie choisis mais aussi la modulation de la puissance transmise en fonction de la polarisation incidente.

© CEMES-CNRS

Les technologies de traitement de l'information les plus rapides exploitent actuellement une transmission et un routage (la sélection d'un trajet précis du signal) tout-optique ou optoélectronique du signal. A l'échelle sub-micrométrique, les concepts et solutions technologiques performantes restent néanmoins encore à découvrir. Une circuiterie nanométrique exploitant la conversion des photons en plasmons de surface (oscillations collectives d'électrons) offre des perspectives très prometteuse. Jusqu'à présent, l'approche dominante consiste à réduire à l'échelle nanométrique des guides d'onde permettant la transmission des plasmons mais ceci résultent souvent en une perte du signal lorsque les guides sont trop étroits.

Une équipe du CEMES, en étroite collaboration avec des collègues du laboratoire ICB à Dijon (France) et avec la contribution de collaborateurs de l'ETH Zürich (Suisse), ont conçu et réalisé, en sculptant des plaquettes cristallines d'or, des composants ultrafins et compacts qui sont capables de transmettre un signal opto-plasmonique nonlinéaire depuis un port d'entrée précis choisi comme point focal d'un laser vers un port de sortie déterminé et également localisé où il peut être collecté.

La forme et la réponse optique de ces résonateurs plasmoniques plans sont façonnées pour porter des modes de résonance plasmon qui sont à la fois spatialement étendus et d'amplitude fortement modulée. Ces structures en forme de diabolo sont composées d'un canal de transmission flanqué de deux cavités triangulaires. L'excitation du diabolo en certains points spécifiques des cavités, à une longueur d'onde et avec une polarisation linéaire adéquates, provoque une réponse déportée mais confinée dans l'autre cavité. Ces composants réalisent donc un transfert et un routage efficace du signal entre plusieurs points d'entrée/sortie par un mécanisme mettant en jeu un ensemble complexe de modes plasmoniques qui a été démontré expérimentalement et confirmé numériquement grâce au développement d'un nouveau code capable de simuler la transmittance plasmonique en champ proche sous une excitation localisée réaliste.

Cette approche de l'ingénierie modale de la transmission commutable et du routage plasmoniques dans des composants compacts contribue aux stratégies actuelles d'inclusion de fonctions actives de traitement de l'information dans des architectures plasmoniques pures ou hybrides. Les structures diabolo étudiées dans ce travail sont une première étape du potentiel de l'ingénierie modale plasmonique en vue de créer des circuits plus complexes de traitement de l'information dans le contexte des nouvelles technologies optiques de calcul classique et quantique.

Ce travail a été financé dans le cadre du projet ANR PlaCoRe (ANR-13-BS10-0007)

Référence

"Designing Plasmonic Eigenstates for Optical Signal Transmission in Planar Channel Devices" U. Kumar, S. Viarbitskaya, A. Cuche, C. Girard, S. Bolisetty, R. Mezzenga, G. Colas des Francs, A. Bouhelier and E. Dujardin. ACS Photonics 2018, 5, 2328-2335. DOI 10.1021/acsphotonics.8b00137

Contact

Dr. Erik Dujardin, CEMES (CNRS)
Erik.Dujardin chez cemes.fr