Nano-émetteurs thermiques multi-spectraux - PASTEL - Thèses en ligne de ParisTech Access content directly
Theses Year : 2017

Multi-spectral thermal nano-emitters

Nano-émetteurs thermiques multi-spectraux

Abstract

Infrared sources are essential for local gas detection for civil applications (detection of pollutant and greenhouse gas) or military applications (detection of chemical and biological threats). They are also used as calibration targets for the development of multispectral infrared cameras. For these applications, the sources must be efficient and able to emit a specific light in a given direction. The aim of this thesis is to develop infrared thermal emitters with the following features: low cost with a compact volume, with a tunable spectral response and low losses, able to be juxtaposed on the same device. This work begins with the study of new resonant nanostructured materials, called metamaterials or metasurfaces according to the direction of the structuration, that spectrally and spatially control the emitted light up to the wavelength scale. This study relies on numerical simulations and experimental measurements and demonstrates the potential of these resonators as tunable thermal sources. However, due to the use of metals in these materials, their performance is limited by metal losses. The second study of this work is then to deal with these losses thanks to a field engineering in metamaterials, leading to very narrow spectral responses. The results on this loss control open up promising breakthroughs in the plasmonic and metamaterials field
Les sources infrarouges sont indispensables à la détection locale de gaz dans de nombreux domaines, que ce soit pour l'environnement (détection de polluants et gaz à effets de serre) ou la défense (détection de menaces biologiques et chimiques). Elles sont également nécessaires en tant que mires de calibration pour le développement de caméras multispectrales infrarouges. Pour toutes ces applications, il est nécessaire de disposer de sources performantes, capables d'émettre un rayonnement spécifique dans une direction donnée. L'objectif de cette thèse est de concevoir des sources thermiques infrarouges compactes et à coût modéré, à spectre accordable et à pertes réduites, pouvant être juxtaposées dans un même dispositif. Pour cela, ces travaux s'organisent autour de deux axes. Le premier concerne l'étude de nouveaux matériaux nanostructurés résonants, appelés métamatériaux ou métasurfaces selon les directions de la structuration, permettant de contrôler l'émissivité spectrale et spatiale afin de maîtriser la réponse spectrale en tout point. Cette étude repose à la fois sur des simulations numériques et sur des mesures expérimentales et démontre le potentiel de ces résonateurs pour la conception de sources thermiques accordables. Cependant, ces matériaux étant composés de métal, ils présentent des pertes par absorption dans l'infrarouge qui limitent leurs performances. Le deuxième axe de recherche est alors de gérer les pertes liées à l'utilisation de métaux grâce à une ingénierie des champs dans des métamatériaux, menant à des émissions spectralement très fines. Les résultats obtenus sur ce contrôle des pertes ouvrent de nombreuses perspectives pour tout le domaine des métamatériaux.
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Dates and versions

tel-01874927 , version 1 (15-09-2018)
tel-01874927 , version 2 (05-10-2018)

Identifiers

  • HAL Id : tel-01874927 , version 2

Cite

Mathilde Makhsiyan. Nano-émetteurs thermiques multi-spectraux. Optique [physics.optics]. Université Paris Saclay (COmUE), 2017. Français. ⟨NNT : 2017SACLX048⟩. ⟨tel-01874927v2⟩
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