Etudes en champ proche optique de l'interaction sonde-échantillon en nanoscope proche et moyen infrarouge

The probe-sample interaction in scattering type Near-field Scanning Optical Microscopy (s-NSOM) is investigated theoretically and experimentally. To understand this interaction, a commonly used analytical model is detailed as well as a more rigorous method based on a dyadic Green functions. In the simplest cases, both approaches give similar radiation patterns of the coupled probe-sample and the signal dependence to the probe and sample permittivities is then discussed. The case of tipenhanced resonances is notably highlighted. Experimentally, two s-NSOM setups were considered, one in the mid-IR spectral range and one in the near IR. In the former case, we have imaged several sub- gratings for different probe sizes. Interestingly, contrast inversions are obtained when the size is decreased suggesting that tip-induced resonances have been observed for the sharpest probe. Such behavior is in agreement with the probe permittivity value calculated via a model based on an elastic continuum medium theory recently developed to take into account phonon confinement. While in mid-IR, the large variation of the dielectric function induced by phonon resonances is favorable to refractive index mapping, in the near-IR most of the application is related to the characterization of integrated optical devices where the goal is mainly to image the field propagating inside the structures. Flexible hybrid probes have been fabricated and used to characterize an ion exchange waveguide. The polarization response of the nano-probes is studied experimentally. The Green technique is used to explain the observed trendCette thèse s intéresse aux conséquences de l interaction sonde-échantillon sur la formation des images en microscopie de champ proche à sonde diffusante (s-NSOM). A cette fin, un modèle analytique couramment utilisé est détaillé avant de présenter une méthode électromagnétique plus rigoureuse basée sur l emploi de fonctions de Green dyadiques. Dans ces deux approches, les diagrammes de rayonnement du système sonde-échantillon sont obtenus et la dépendance du signal aux permittivités de la sonde et de l échantillon est discutée. Expérimentalement, deux systèmes NSOM ont été mis en oeuvre. Le premier dans l IR moyen, le second dans le proche IR. Dans l IR moyen, différents réseaux sub- ont été imagés avec des sondes de différentes tailles. Une nette inversion de contraste est observée en deçà d une certaine taille de sonde. Ce résultat suggère que des résonances induites par la sonde ont été observées, en accord avec la valeur de la fonction diélectrique de la nano-sonde, calculée via le spectre détaillé des modes phononiques en centre de zone. Si dans l IR moyen les fortes variations de permittivité sont propices aux cartographies d indice, dans le proche IR une grande partie des applications NSOM concerne la caractérisation de composants optiques intégrés où le but est plutôt d imager le champ se propageant dans ces composants. Dans une dernière partie nous développons l utilisation d une sonde hybride flexible et nous caractérisons un guide d onde à échange d ions. La réponse en polarisation de ces sondes développées est alors étudiéeTROYES-SCD-UTT (103872102) / SudocSudocFranceF