Holographie hétérodyne numérique pour l'étude des nanostructures plasmoniques

In this thesis we study the scattering characteristics of plasmonic nanostructures by im- proving and adapting digital heterodyne holography, which is a powerful tool delivering a three-dimensional cartography of scattered light, and which has the advantage of allowing fast full-field imaging. Spectroscopic measurements were carried out to record the scattering spectra of single nanoobjects and complement holographic measurements. In order to get a deeper insight into the measured far-field scattering characteristics, we developed a numerical model based on the finite element method. This model allowed us to simulate the scattered fields of nanostructures both in the near- and far-field either in a reflection or transmission configuration for the illumination. The model yielded a good agreement with experimental results. We studied numerous gold nanostructures prepared by electron beam lithography on glass substrates, ranging from simple, elementary nanoobjects to novel nanostructures. While the former allowed us to validate the technique, more sophisticated structures allowed us to observe that their scattering pattern is extremely sensitive to external and internal factors, such as the polarization and the wavelength of the incident light or the structure's geometry and its resonance wavelength. We recognize so called "hot spots" in the far-field, which are zones on the chain that scatter light more intensely than others. In addition, we show that the technique of photothermal heterodyne holography is a novel method to study the temperature increase and heat distribution in heated plasmonic nanostructures due to its ability to directly probe a temperature increase.Dans cette thèse, nous étudions les caractéristiques de diffusion de nanostructures plas- moniques tout en adaptant et améliorant l'holographie hétérodyne numérique, qui est une technique d'imagerie plein champ pour mesurer en trois dimensions le diagramme de rayonnement. En outre, nous avons effectué de nombreuses mesures spectroscopiques pour enregistrer les spectres de diffusion de nanoobjets uniques. Afin d'obtenir une com- préhension plus profonde des caractéristiques du champ diffusé que nous mesurons, nous avons développé un modèle numérique basé sur la méthode des éléments finis. Ce modèle nous a permis de simuler le champ proche et le champ lointain d'une nanostructure avec une onde incidente en réflexion ou en transmission. Nous obtenons un excellent accord entre nos résultats expérimentaux et calculés. Dans cette thèse, nous avons étudié de nombreux nanostructures d'or fabriquées sur du verre par lithographie électronique. Des structures simples nous ont permis de valider la technique. Des objets plus sophistiques nous ont ensuite permis de constater que leur di- agramme de diffusion est extrêmement sensible aux facteurs externes et internes, tels que la polarisation et la longueur d'onde de la lumière incidente ou la géométrie de la struc- ture et sa longueur d'onde de résonance. En outre, nous montrons que la technique de l'holographie hétérodyne photothermique mesure directement l'augmentation de la tem- pérature, et ainsi, se présente comme une nouvelle méthode pour étudier la distribution de la chaleur dans des nanostructures plasmoniques