Combination of metallic nanostructures for the realization of optical functions in the infrared

Les métasurfaces à base de nano-antennes Métal-Isolant-Métal (MIM) sont particulièrement intéressantes pour la réalisation de fonctions optiques planes réflectives.Ces structures permettent le contrôle local de la phase avec une réflectivité supérieure à 80%.Elles ont notamment une section efficace d'interaction avec la lumière très grande devant leurs dimensions physiques.Cela permet la combinaison de fonctions optiques par la co-localisation de différentes structures.En juxtaposant spatialement plusieurs nano-antennes MIM, indépendantes les unes des autres sous certaines conditions, nous obtenons un dispositif ayant simultanément les comportements individuels des antennes.Dans ce manuscrit, je présente différentes métasurfaces pour la combinaison de fonctions optiques avant de m'intéresser au dimensionnement des structures MIM en moyen infrarouge pour la réalisation et combinaison de fonctions optiques.J'utilise notamment la propriété de co-localisation afin de dimensionner et réaliser un dispositif spectroscopique particulier ayant pour effet de co-localiser deux marches de phase orthogonales et spectralement exclusives de valeur Pi aux longueurs d’onde d'intérêt.L’effet de ces marches de phase est observable au niveau de la fonction d’étalement de point du système.Le point source est dupliqué selon la direction de la marche de phase autour des deux longueurs d'onde de fonctionnement, ce qui permet de transformer une information spectrale, représentative dans l'infrarouge de la température de l'objet observé, en déformation spatiale dont la reconnaissance est possible en traitement d’image.Dans la dernière partie de mon manuscrit, je m'intéresse à la mesure directe de la phase par une expérience d'interférométrie à décalage latéral à quatre ondes afin de valider mes modélisations.Je montre comment adapter la méthode de mesure aux marches de phase réalisées avec des nano-antennes MIM, c'est-à-dire à des sauts de phase abrupts à la fois spatialement et spectralement.Metasurfaces based on Metal-Insulator-Metal (MIM) nano-antennas are particularly interesting for the realization of reflective plane optical functions.These structures allow local phase control with reflectivity greater than 80%.They have a cross section of interaction with light much larger than their physical dimensions, which allows the combination of optical functions by the co-localization of different structures.This makes it possible to spatially juxtapose different MIM nano-antennas, independent of each other under certain conditions, thus leading to a device having simultaneously the individual behaviors of the antennas.In this thesis, I present various metasurfaces for combining optical functions before focusing on the sizing of MIM structures in mid-infrared.In particular, I use the property of co-localization in order to design and realize a particular spectroscopic device having the effect of co-localizing two orthogonal and spectrally exclusive phase steps of value Pi at the wavelengths of interest.The effect of these phase steps is observable at the level of the point spread function of the system.The source point is duplicated according to the direction of the phase step around the two operating wavelengths, which makes it possible to transform spectral information, representative in the infrared of the temperature of the object, into spatial deformation whose recognition is possible through image processing.The last part of my work is focusing on the direct measurement of the phase by a four-wave lateral shift interferometry experiment in order to validate my models.I show how to adapt the measurement method to phase steps realized with MIM nano-antennas that is to say to abrupt phase steps both spatially and spectrally