Descriptif
L’électromagnétisme est au cœur de tous les dispositifs et phénomènes de la photonique. L’objectif de ce cours est d’apprendre des notions avancées d’électromagnétisme et de les appliquer pour comprendre les fondements de la nanophotonique moderne et de ces applications.
Objectifs pédagogiques
L’électromagnétisme est au cœur de tous les dispositifs et phénomènes de la photonique. L’objectif de ce cours est d’apprendre des notions avancées d’électromagnétisme et de les appliquer pour comprendre les fondements de la nanophotonique moderne et de ces applications.
- Cours magistral : 16
- Travaux dirigés : 8
Diplôme(s) concerné(s)
UE de rattachement
- 9B-507-SCI : Modélisation numérique
Format des notes
Numérique sur 20Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée - Master of Science in Engineering
Vos modalités d'acquisition :
Examen écrit
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée écrêtée à une note seuil de 12)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 5
Le coefficient de l'UE est : 40
Programme détaillé
Séance 1
Introduction
1/ Introduction to optical nanostructures
Historical overview of nanostructures (= overview of the course): Bragg mirrors, diffraction gratings, photonic crystals, effective medium, metamaterials, nanoantennas, disordered media
Séance 2 & 3
II Light propagation in periodic media
1/Thin film stack: effective index
2×2 matrix approach
Bloch-wave approach
Bands and gaps
2/ Periodic thin-film stacks with small periods
Static limit of 1D periodic structures
Effective index
TD: Taylor expansion for small periods
3/ The photonic bandgap
Bandgap opening
Penetration depth
Multi-dimension Bragg mirrors
4/ Bloch modes in photonic structures with finite lengths
5/ Photonic crystal
-waveguide (slow light)
-cavity
Séance 4
Subwavelength diffractive optics
1/ Homogeneisation of subwavelength gratings
Grating equation
Single mode approximation
Evanescent Bloch modes
2/ Form birefringence
3/ Wire grid polarizer
Homogeneisation of metal slits (skin depth)
Surface plasmons and Wood anomaly
4/ Antireflection coats with artificial dielectrics
5/ Diffractive optical elements
Echelette diffractive optical elements
TD: Wavelength-dependence of the diffraction efficiency of échelette
Blazed-binary diffractive optical elements
Séance 5
Plasmonic
1/Drude model
2/Interaction of light with metals (hot electrons, phonon relaxation)
3/Surface plasmon polaritons of flat interface and MIM
4/Metal nanoparticles
5/Launching SPP with isolated slits and slit arrays
6/Field scattered by a single tiny slit on the metal surface
7/Anomaly de Wood
Séance 6
Optomechanics
1/Light momenta and mechanical principles : linear and angular (spin and orbital)
2/Optomechanics : momentum balance under light-matter interaction
3/Applications : optical trapping and manipulation of microscale entities
4/Structured light-matter interaction for advanced optical manipulation
Séance 7
Metamaterials
1/ Historical perspective
2/ Veselago’s flat lens
3/ Negative index materials at microwave frequencies
4/ Effective parameters
5/ Negative index materials at optical frequencies
6/ The perfect lens
7/ Super-resolution with metamaterials
Séance 8
1/ TD: grating equation and zeroth-order gratings (1H)
Grating equation in conical mounts
2/ TD: Anomalous refraction in photonic crystals (group velocity, iso-frequency curves, ...)
Séance 9
Resonance mode of cavity
Mode lifetime
Poynting theorem (wcomplex and Q definition)
TD: Fabry-Perot model of a resonance mode
-vg of the bouncing mode
-penetration depth
Séance 10
Green tensor formalism in electromagnetism
Séance 11
Diffusion by small particles
1/General concepts
Scattering, absorption, extinction cross-sections
Optical theorem
2/Examples of cross-sections for spherical particles
3/Subwavelength particles
Dipolar approximation, electrical polarisability
Cross sections
Séance 12
Light transport in disordered media
1/ Introduction to radiative transfer
Why can we neglect wave interference upon average: intuitive picture with speckles
Derivation of the RTE
Typical length scales (absorption, scattering, transport mean free path)
Example of applications (atmospheric transport, spectroscopy of tissues)
2/ Beyond the RTE:
Localization