Dans le but de générer de la lumière blanche, une diode bleue peut être associée à des luminophores qui convertissent une partie de la lumière bleue de la diode en une lumière visible de plus basse énergie. Classiquement, cette conversion de lumière est assurée par des luminophores de taille micronique, du YAG:Ce le plus souvent. Compte tenu de la taille des luminophores, ces couches sont diffusantes, ce qui favorise l'extraction hors de la couche haut-indice de la lumière émise. Mais cette extraction n'est pas contrôlée et entraîne des pertes d'énergie. Afin de diminuer ces pertes dues à la diffusion, notre stratégie consiste à réaliser des couches de conversion de lumière à base de nanoparticules au lieu des luminophores microniques classiquement utilisés. Pour pouvoir prévoir et contrôler complètement l'extraction de la lumière alors guidée dans la couche de conversion transparente, la microstructure diélectrique de la matrice contenant les nanoparticules doit être optimisée. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur des couches modèles composées d'une matrice sol-gel contenant des luminophores moléculaires, la possibilité d'extraire la lumière piégée dans une couche luminescente par une structuration périodique adéquate de sa surface. Un facteur 10 d'extraction a notamment été obtenu aux petits angles, correspondant à un facteur 5 en intégrant sur tous les angles. Nous avons ensuite développé des nanoparticules de YAG:Ce dont les propriétés optiques ont été optimisées pour se rapprocher de celles du matériau massif. Une procédure de recuit protégé a notamment été développée, permettant d'améliorer considérablement la photostabilité et le rendement interne des nanoparticules tout en conservant leur petite taille et leur bon état de dispersion. Enfin les particules ont été incorporées dans des couches transparentes afin de réaliser des couches de conversion de lumière, qui ont ensuite été déposées sur des diodes bleues.

In this thesis we examine the feasibility of developing a white light source capable of producing colors between 2500 and 7500 Kelvin on the black-body radiator spectrum by simply adjusting amperage to a blue and ultraviolet (UV) light emitting diode (LED). The purpose of a lighting source of this nature is to better replicate daylight inside a building at a given time of day. This study analyzes the proposed light source using a 385 nm UV LED, a 457 nm blue LED, a 479 nm blue LED, a 562 nm peak cerium doped yttrium aluminum garnet (YAG:Ce) phosphor, and a 647 nm peak selenium doped zinc sulfide (ZnS:Se) phosphor. Our approach to this study initially examined optical performance of yellow-emitting phosphor (YAG:Ce) positioned at specific distances above a blue LED using polydimethylsiloxane (PDMS) as a substrate. An understanding of how phosphor concentration within the PDMS, the thickness of the PDMS, and how substrate distance from the LED die affected light intensity and color values (determined quantitatively by utilizing the 1931 CIE 2° Standard Observer) enabled equations to be developed for various lens designs to efficiently produce white light using a 457 nm peak wavelength LED. The combination of two luminescent sources (457 nm LED and YAG:Ce) provided a linear trend on the 1931 CIE diagram which required a red illumination source to obtain Kelvin values from 2500 to 7500. Red-emitting phosphor (ZnS:Se), selected to compliment the system, was dispersed with YAG:Ce throughout PDMS where they were stimulated with a blue LED thereby enabling all desired Kelvin values with differing concentration lenses. Stimulating ZnS:Se with the addition of a UV LED did not provide the ability to change the color value of the set up to the degree required. Many other factors resulted in the decision to remove the UV LED contribution from the multi-Kelvin light source design. The final design incorporated a combination of ZnS:Se and YAG:Ce stimulated with a blue LED to obtain a 2500 Kelvin value. A separate blue LED provides the means to obtain 7500 Kelvin light and the other color values in between, with a linear approximation, by adjusting the amperages of both LEDs. In addition to investigating the feasibility of obtaining the Kelvin values from 2500 to 7500, this thesis also examined the problem of ZnS:Se’s inability to cure in PDMS and a method to create a lens shape to provide equal color values at all points above a phosphor converted LED source. ZnS:Se was found to be curable in PDMS if first coated with a low viscosity silicon oil prior to dispersion within PDMS. The lens configuration consists of phosphors equally distributed in PDMS and cured in the shape of a Gaussian distribution unique to multiple factors in LED-based white light design.

Les plasmons de surface (SP) sont des modes du champ électromagnétique confinés à l'interface entre un métal et un diélectrique. De par leur nature hybride, les SP permettent de concentrer et manipuler la lumière à des échelles sub-longueur d'onde. Ces propriétés sans précédent suscitent un grand intérêt, en particulier pour le transport et le traitement de l'information quantique mais aussi pour le contrôle de l'émission spontanée d'émetteurs fluorescents. Les études présentées dans ce manuscrit s'intéressent au couplage de nanostructures plasmoniques avec des nanoparticules luminescentes. L'outil utilisé est un microscope optique en champ proche (SNOM) dans lequel la nano-source de lumière est un nano-objet fluorescent attaché en bout de pointe (sonde active). Cette technique permet à la fois d'augmenter la résolution théorique accessible en SNOM mais aussi de positionner la sonde avec une précision nanométrique et de l'exciter directement grâce à la lumière laser injectée dans la fibre optique. En utilisant uniquement la lumière émise par l'objet, ces pointes ouvrent la voie à des études originales en nano-optique et en plasmonique. Dans ce travail de thèse, deux aspects distincts ont été abordés. D'une part, nous avons étudié les propriétés des plasmons de surface dans le régime de la plasmonique quantique en utilisant pour cela une sonde active fabriquée à base d'un émetteur de photons uniques, le centre NV (nitrogen-vacancy) contenu dans les nano-diamants. Les résultats fondamentaux obtenus sur ce système permettent d'envisager de nombreuses expériences en plasmonique quantique. D'autre part, le travail de développement des sondes actives à base de nanocristaux de YAG (yttrium-aluminum garnet) dopés au cérium a été poursuivi. Ces sondes nous ont permis de démarrer de nouvelles études sur les résonances plasmoniques localisées de particules colloïdales en or. / Surface plasmons (SPs) are modes of the electromagnetic field confined at the interface between a metal and a dielectric. Due to their hybrid nature, the SPs can be used to concentrate and handle light on subwavelength scales. These unprecedented properties draw great interest, in particular for quantum information transport and processing and also for the control of spontaneous emission of fluorescent emitters. The studies presented in this manuscript report the coupling of plasmonic nanostructures with luminescent nanoparticles. The tool we use is a scanning near-field optical microscope (SNOM), in which the nano-source of light is a fluorescent nano-object attached at the end of the probe (active tip). This technique allows not only to reach a better optical resolution in SNOM but also to position the nano-emitter with a nanometre precision and to excite it directly thanks to the laser light injected into the optical fibre. By using only the light emitted by the object, these tips open the way to original studies in nano-optics and plasmonics. In this work, two distinct aspects were studied. First, we studied the properties of the SPs in the quantum plasmonics regime. For this purpose, we used an active tip based on single photons emitters which are the NV centres (nitrogen-vacancy centre) hosted in nanodiamonds. The fundamental results obtained on this system make it possible to consider many other quantum plasmonics experiments. In addition, a different type of active tips based on Cerium-doped YAG (yttrium-aluminum garnet) nanoparticules was developed. These probes allow us to start new studies on localised plasmonic resonances in colloidal gold particles.