SOUTENANCE DE THÈSE DE DOCTORAT 3EME Cycle LMAVIS DE SD EN PHYSIQUE SPÉCIALITÉ : MATIÈRE ET RAYONNEMENT DE Mlle. DJEMAIAI Lylia
Mlle. DJEMAIAI Lylia
Soutiendra publiquement sa thèse de Doctorat 3ème Cycle LMD en Physique
Intitulé : « Modélisation par FDTD de métamatériaux diélectriques pour le contrôle et la manipulation de la lumière : excitation des SP-BICs et applications. »
Le : 08 décembre 2024, à la salle de conférences de la faculté des sciences de l’Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou, à 09h00.
Directeur de Thèse : Pr. MEZEGHRANE Abdelaziz
Co-directeur de Thèse : BELKHIR Abderrahmane
Devant le jury d’examen suivant :
| Nom et Prénom | Grade | Lieu d’exercice | Qualité |
| M. LAMROUS Omar | Professeur | UMMTO | Président |
| M. MEZEGHRANE Abdelaziz | Professeur | UMMTO | Directeur de Thèse |
| M. BELKHIR Abderrahmane | Professeur | UMMTO | Co- Directeur de thèse |
| M. BOUDRIOUA Azzedine | Professeur | U. Sorbonne Paris Nord | Examinateur |
| M. FELIDJ Nordin | Professeur | U. Paris Cité | Examinateur |
| M. DJOUDER Madjid | MCA | UMMTO | Examinateur |
| M. BAIDA Fadi Issam | Professeur | U. Franche -Comté | Invité |
La communauté universitaire est cordialement invitée
Télécharger : Avis de soutenance DJEMAIAI Lylia
Résumé
Les réseaux diélectriques 1D sub-longueur d’onde ne cessent d’exhiber de nouvelles fonctionnalités pour des applications de plus en plus variées en nano-optique. Ils sont notamment utilisés dans la détection, en acousto-optique ou pour des applications nécessitant une forte exaltation du champ local. En effet, ils sont connus pour leur propriété à supporter des modes dits à symétrie protégés (SPM pour Symmetry-Protected Modes) qui exhibent en théorie un facteur de qualité infini, cependant leur excitation demeure problématique. Une brisure de symétrie extrinsèque (en inclinant le faisceau incident) ou intrinsèque (imperfection expérimentale par exemple) permet l’excitation de ces quasi-SPM avec des facteurs de qualité finis mais très élevés impliquant une forte exaltation du champ électromagnétique local.
Une étude modale par la méthode N-ordre FDTD soutenue par des calculs de transmission FDTD et FMM sur des structures 1D périodiques supportant des modes GMR SP-BIC a permis l’optimisation des paramètres géométriques de la structure pour localiser la résonance dans le domaine optique. Le SP-BIC ainsi excité présente un facteur de qualité de l’ordre de 104. Les valeurs de la sensibilité (S) et de la Figure de Mérite (FOM) estimées s’élèvent à 680nmRIU et 2×104 respectivement. Des valeurs quasi-similaires ont été obtenues sur un réseau finie composée de 200 périodes. Ces propriétés en font de notre structure un candidat remarquable pour des applications de détection.
La caractérisation optique de notre structure lorsqu’elle est traversée par une onde acoustique a été réalisée. Les résultats de simulation montrent que l’excitation du SP-BIC est complètement inhibée à la moindre déformation asymétrique de notre structure. Ce résultat remarquable permet de concevoir une porte optique logique (ON/OFF) commandée par une onde acoustique.
La dernière partie de cette thèse a été consacrée à l’implémentation et l’intégration de la technique GSTC à nos codes FDTD pour une simulation efficiente et optimale des métasurfaces. Ainsi, nous avons réussi à canaliser en transmission l’essentiel de l’énergie incidente arrivant en incidence normale dans la direction souhaitée. Nous avons par la suite utilisé cette métasurface pour exciter un mode de Bloch d’une structure multicouche (excitable en incidence oblique à =37°) avec une onde plane arrivant en incidence normale.
Mots clés : Métasurfaces, SP-BIC, N-order FDTD, GSTC-FDTD, FMM.
Abstract
1D sub-wavelength dielectric networks continue to exhibit new features for increasingly varied applications in nano-optics. They are notably used in detection, acousto-optics, or for applications requiring strong local field enhancement. Indeed, they are known for their ability to support so-called symmetry-protected modes (SPM), which theoretically exhibit an infinite quality factor. However, their excitation remains problematic. Extrinsic symmetry breaking (by tilting the incident beam) or intrinsic symmetry breaking (experimental imperfections, for example) allows the excitation of these quasi-SPMs with finite but very high quality factors, leading to significant local electromagnetic field enhancement.
A modal study using the N-order FDTD method supported by FDTD and FMM transmission calculations on 1D periodic structures supporting GMR SP-BIC modes allowed the optimization of the geometric parameters of the structure to locate the resonance in the optical domain. The excited SP-BIC presents a quality factor of the order of 104. The estimated values of sensitivity (S) and Figure of Merit (FOM) are and respectively 680nmRIU and 2×104. Quasi-similar values were obtained on a finite array composed of 200 periods.
These properties make our structure a remarkable candidate for detection applications.
The optical characterization of our structure when traversed by an acoustic wave was carried out. Simulation results show that the excitation of the SP-BIC is completely inhibited by the slightest asymmetric deformation of our structure. This remarkable result allows the design of an optical logic gate (ON/OFF) controlled by an acoustic wave.
The last part of this thesis was devoted to the implementation and integration of the GSTC technique into our FDTD codes for efficient and optimal metasurface simulation. Thus, we succeeded in channeling most of the incident energy arriving at normal incidence in the desired direction. We then used this metasurface to excite a Bloch mode of a multilayer structure (excitable at oblique incidence at =37°) with a plane wave arriving at normal incidence.
Keywords : Metasurfaces, SP-BIC, N-order FDTD, GMR, GSTC-FDTD, FMM