Dispositivos fotônicos têm estado continuamente no foco das pesquisas científicas, particularmente em aplicações para comunicações ópticas e sensoriamento. Por outro lado, as dimensões desses dispositivos são restringidas pelo limite de difração de Abbe. Esse limite tem se mostrado como o grande gargalo no desenvolvimento de novas tecnologias em microscopia óptica, litografia de projeção óptica, óptica integrada, e armazenamento óptico de dados, por limitar as dimensões e a capacidade de integração destes dispositivos. Felizmente, a \"plasmônica\" surgiu como um novo campo de estudo, possibilitando a superação dessa limitação por meio da propagação da luz em modos de plasmon-poláritons de superfície - SPP (Surface Plasmon Polariton). De maneira simplificada, SPPs são campos eletromagnéticos confinados em regiões menores que o comprimento de onda da luz. A geração de SPP ocorre por meio da excitação coletiva de elétrons na interface entre dois meios, metal-dielétrico, que se acoplam com a onda eletromagnética incidente. Pesquisadores logo perceberam que guias de onda baseados em SPP poderiam transportar a mesma banda de informação que um dispositivo fotônico convencional e serem tão localizados quanto dispositivos eletrônicos (elétrons têm maior capacidade de confinamento que fótons). Dessa maneira, alterando a estrutura da superfície de um metal, as propriedades dos SPPs - em particular sua interação com a luz - podem ser manipuladas, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos fotônicos. Com isso, nanoestruturas capazes de guiar, dividir ou mesmo sintonizar a luz tornaram-se realidade. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como filtros de cavidade ressonante e ressoadores em anel. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de filtrar ou sintonizar comprimentos de onda, minimizando as perdas ao máximo. Com isso, espera-se estender e explorar ainda mais o leque de possíveis aplicações. / Photonic devices have continuously been in the focus of scientific research, particularly for optical communications and sensing applications. On the other hand, the dimensions of these devices are well known to be limited by the Abbe\'s diffraction limit. This limit has been the major bottleneck in developing new technologies in optical microscopy, lithography projection optics, integrated optics, and optical data storage, as it limits the size and ability to integrate these devices. Fortunately, the field of \"Plasmonics\" has emerged and devices whose dimensions overcome the difraction limit have now become reality. This is possible with the propagation of light in the form of Surface Plasmon Polariton - SPP that, in a simplified way, is an electromagnetic field confined in regions smaller than the wavelength of light. SPP occurs via collective excitation of electrons at the interface between two media, metal-dielectric, as a result of the coupling with an incident electromagnetic wave. Researchers soon realized that waveguides based on SPP could carry the same band of information as that of a conventional photonic device and yet be as localized as electronic devices (electrons have a greater capacity for confinement than photons). Thus, changing the structure of the surface of a metal, the properties of SPPs - in particular its interaction with light - can be manipulated, offering potential for the development of new types of photonic devices. Thus, nanostructures capable of transferring, guiding, splitting, or even tuning the light have now become reality. In this work, the phenomenon of generation of SPPs is theoretically investigated and applied to various structures of scientific and technological interest, such as filters and cavity resonators. The main objective is to obtain structures that are able to filter or tune wavelengths, minimizing losses as much as possible. As a result, we expect to extend and explore even further the range of possible applications.

Le doublage de frequence optique est un phenomene optique non lineaire impossible dans le volume des materiaux amorphes ou centrosymetriques, mais pouvant exister aux interfaces entre deux materiaux quelconques. De plus, des contributions supplementaires apparaissent en presence d'une aimantation dans l'un des materiaux. Nous avons utilise ce phenomene pour etudier selectivement la structure et le magnetisme d'interfaces enterrees entre couches metalliques ultraminces (quelques plans atomiques). Pour cela, un systeme sensible a des puissances aussi faibles que 10 1 8 w a ete developpe. Sur un systeme simple, une surface d'or, une correlation claire a ete observee entre doublage de frequence et rugosite mesuree par microscopie a force atomique. Dans le systeme au/co/au, l'identite des proprietes magnetiques en volume et a la surface du cobalt est prevue theoriquement. C'est ce qu'ont confirme des mesures effectuees par effet kerr magneto-optique (en volume) et par doublage de frequence (aux interfaces). L'utilisation de plasmons de surface, augmentant considerablement le champ electrique en surface, peut egalement induire dans ce systeme d'importantes exaltations du doublage de frequence, qui ont ete modelisees. En revanche, dans le systeme pt/co/pt, la presence d'alliages aux interfaces nous a permis de mettre en evidence des differences entre le magnetisme a la surface et dans le volume du cobalt. Parallelement, un systeme d'imagerie de domaines magnetiques aux interfaces par doublage de frequence a ete developpe, permettant une resolution laterale de l'ordre du micrometre. Enfin, nous avons mis en evidence des proprietes magnetiques differentes aux deux interfaces d'une meme couche de fesi, dans un systeme sio 2/fesi/dyfeco proche de ceux utilises pour l'enregistrement magneto-optique.

L'objet de ce travail de thèse a été de mettre au point un capteur biologique base sur l'utilisation de phénomènes optiques. Un capteur biologique se compose d'une couche réceptrice d'un transducteur et d'un système de lecture. Nous avons impose un cahier des charges relatif a ce capteur en termes de sensibilité par le biais du transducteur, de détection en parallèle de plusieurs interactions biologiques, et enfin, en termes d'optimisation de la couche réceptrice. L'étude de la sensibilité a consiste a comparer théoriquement et expérimentalement deux transducteurs optiques : la résonance des plasmons de surface (RPS) et le miroir résonant. Ce dernier possède une meilleure sensibilité que l'autre en théorie, mais la comparaison expérimentale nous a fait préférer la RPS. Puis, il a fallu adapter le détecteur à la détection en parallèle. Nous avons fait l'image de la couche réceptrice sur une camera CCD, nous permettant ainsi de suivre l'évolution de la totalité de la surface du capteur. Une première série d'expériences a été réalisée pour la reconnaissance entre des antigènes et des anticorps, ces derniers étant adsorbés passivement sur le capteur. Les résultats obtenus nous amenèrent à développer des procèdes biochimiques pour immobiliser les molécules sur la couche réceptrice. C'est ainsi que nous avons essaye différentes voies d'immobilisation pour les fragments d'ADN, pour ne retenir que le polypyrrole, optimisant la densité de surface des sondes d'ADN sur le capteur. De plus l'utilisation de ce polymère conducteur était tout a fait compatible avec l'adressage de plusieurs séquences d'ADN différentes sur le capteur. Le capteur biologique pouvait alors suivre toutes les interactions relatives aux séquences immobilisées. Nous avons alors applique le capteur a un problème clinique : la détection de mutations ponctuelles au sein d'un gène. Nous avons des lors montre que notre capteur était à même de discriminer la présence d'une base mutée sur toute une séquence.

Dispositivos fotônicos têm estado continuamente no foco das pesquisas científicas, particularmente em aplicações para comunicações ópticas e sensoriamento. Por outro lado, as dimensões desses dispositivos são restringidas pelo limite de difração de Abbe. Esse limite tem se mostrado como o grande gargalo no desenvolvimento de novas tecnologias em microscopia óptica, litografia de projeção óptica, óptica integrada, e armazenamento óptico de dados, por limitar as dimensões e a capacidade de integração destes dispositivos. Felizmente, a \"plasmônica\" surgiu como um novo campo de estudo, possibilitando a superação dessa limitação por meio da propagação da luz em modos de plasmon-poláritons de superfície - SPP (Surface Plasmon Polariton). De maneira simplificada, SPPs são campos eletromagnéticos confinados em regiões menores que o comprimento de onda da luz. A geração de SPP ocorre por meio da excitação coletiva de elétrons na interface entre dois meios, metal-dielétrico, que se acoplam com a onda eletromagnética incidente. Pesquisadores logo perceberam que guias de onda baseados em SPP poderiam transportar a mesma banda de informação que um dispositivo fotônico convencional e serem tão localizados quanto dispositivos eletrônicos (elétrons têm maior capacidade de confinamento que fótons). Dessa maneira, alterando a estrutura da superfície de um metal, as propriedades dos SPPs - em particular sua interação com a luz - podem ser manipuladas, oferecendo potencial para o desenvolvimento de novos tipos de dispositivos fotônicos. Com isso, nanoestruturas capazes de guiar, dividir ou mesmo sintonizar a luz tornaram-se realidade. No presente trabalho, o fenômeno de geração de SPPs é estudado teoricamente e aplicado na modelagem de diversas estruturas de interesse científico e tecnológico, tais como filtros de cavidade ressonante e ressoadores em anel. O objetivo principal é a obtenção de estruturas capazes de filtrar ou sintonizar comprimentos de onda, minimizando as perdas ao máximo. Com isso, espera-se estender e explorar ainda mais o leque de possíveis aplicações. / Photonic devices have continuously been in the focus of scientific research, particularly for optical communications and sensing applications. On the other hand, the dimensions of these devices are well known to be limited by the Abbe\'s diffraction limit. This limit has been the major bottleneck in developing new technologies in optical microscopy, lithography projection optics, integrated optics, and optical data storage, as it limits the size and ability to integrate these devices. Fortunately, the field of \"Plasmonics\" has emerged and devices whose dimensions overcome the difraction limit have now become reality. This is possible with the propagation of light in the form of Surface Plasmon Polariton - SPP that, in a simplified way, is an electromagnetic field confined in regions smaller than the wavelength of light. SPP occurs via collective excitation of electrons at the interface between two media, metal-dielectric, as a result of the coupling with an incident electromagnetic wave. Researchers soon realized that waveguides based on SPP could carry the same band of information as that of a conventional photonic device and yet be as localized as electronic devices (electrons have a greater capacity for confinement than photons). Thus, changing the structure of the surface of a metal, the properties of SPPs - in particular its interaction with light - can be manipulated, offering potential for the development of new types of photonic devices. Thus, nanostructures capable of transferring, guiding, splitting, or even tuning the light have now become reality. In this work, the phenomenon of generation of SPPs is theoretically investigated and applied to various structures of scientific and technological interest, such as filters and cavity resonators. The main objective is to obtain structures that are able to filter or tune wavelengths, minimizing losses as much as possible. As a result, we expect to extend and explore even further the range of possible applications.

This study focuses on preparing surface enhanced fluorescence (SEF) substrates for use in the enhancement of the emission signal of rhodamine B and fluorescein dyes. Fluorescence spectroscopy has been widely utilized owing to its high sensitivity. SEF is a process where the interactions of fluorophores with the localized surface plasmons of metal nanoparticles results in fluorescence enhancement, increased photostability and rates of system radiative decay which leads to a decreased lifetime. One of the most important factors of SEF studies is to provide a uniform distance between fluorophore and metal nanoparticle in a controlled manner / otherwise, F&ouml / rster resonance energy transfer takes place from fluorophore to metal nanoparticle and emission intensity of fluorophore is quenched. The spherical gold and silver nanoparticles were prepared using the well known and straightforward chemical reduction method, in which sodium citrate acted both as a reducing agent and a stabilizer around the formed nanoparticles. Silver and gold were chosen because of their high plasmon field enhancement. Since plasmon field strongly depends on the shape and size of the nanoparticles, the prepared nanoparticles were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Prior to deposition of silver or gold nanoparticles on glass slides, the slides were derivatized by immersing them into an aqueous solution of 3-Aminopropylethoxysilane (APTES). Following derivatization, silver or gold nanoparticles were deposited by immersing the slides into the colloid mixture. Metal nanoparticle coated slides were characterized using absorption spectroscopy and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM). Surface enhanced Raman scattering (SERS) measurements were carried out to observe the plasmon efficiency of the deposited nanoparticles. The SERS measurements were repeated for the duration of two weeks in order to check the stability of the plasmon efficiency. In this study, different types of materials (silica, zinc oxide, gold, stearic acid.) were employed as spacers to observe their effects on fluorescence enhancement. Physical vapor deposition (PVD) and Langmuir-Blodgett (LB) film deposition techniques were used for the formation of the spacer within the substrate. Fluorescence enhancement of rhodamine B and fluorescein was observed on the prepared SEF substrates. Obtained enhancement factors indicate that SEF substrates have the potential for sensitivity improvements of fluorescence sensing in many fields.

Thin silver films are widely used in low-emissivity coatings for building glazing due to their high reflectance in the infrared and high transmittance in the visible spectrum. The determining parameter for the infrared reflectance is the electrical conductance of the layer stack - the better the conductance the higher the reflectance. Electrically conductive films of thicknesses smaller than the electron mean free path exhibit a strong increase in the residual resistivity proportional to the inverse of the film thickness. Despite intensive discussions, which have extended over tens of years, it is not understood yet if this conductive behavior originates from electron scattering at interfaces (Fuchs-Sondheimer model) or grain boundaries (Mayadas-Shatzkes model). To achieve a fundamental understanding of the prevailing electron scattering mechanisms, aluminum-doped zinc oxide (ZnO:Al) / Ag / ZnO:Al layer stacks produced by magnetron sputtering were investigated concerning their electronic structure and electrical transport properties. The electronic structure of the layer stacks was probed and analyzed by electron energy-loss spectroscopy. By this technique, plasmonic excitations are observed, which can be categorized into excitations of the electrons in the bulk silver and excitations at the ZnO:Al / Ag interface. The plasmons were analyzed with respect to their dispersion and the peak width, and brought into relation with electrical conductivity measurements by calculating the plasmon lifetime and the electron scattering rate. The difficulty in determining the relative contributions of the interface and grain boundary scattering in experimental conditions is due to the fact that the way in which these scattering mechanisms depend on the film thickness, is very similar. Understanding the electron transport in thin films is of paramount importance, because the differentiation between the scattering mechanisms is a key issue for the improvement of the coatings. In the present work, the solution came from the expected difference in the temperature-dependent behavior of the resistivity between electron scattering at interfaces and electron scattering at grain boundaries. Hence, the resistivity was measured as a function of the temperature on layer stacks with different silver film thickness varying in the range of 4 to 200 nm. The data were analyzed using the extended Mayadas-Shatzkes model involving both electron scattering at interfaces (Fuchs-Sondheimer model), and electron scattering at grain boundaries. The results demonstrate that electron scattering at grain boundaries dominates for all film thicknesses. The basic layer stack was compared to more sophisticated systems, obtained either by adding a thin titanium layer in between silver and ZnO:Al, or by exposing the growing silver film to an oxygen partial pressure (oxidizing the film). Furthermore, the effect of annealing at 250°C was studied for all these systems. / Dünne Silberfilme werden aufgrund ihres hohen Reflexionsvermögens im infraroten Spektrum und ihres hohen Transmissionsvermögens im Spektrum des Sonnenlichtes als Wärmeschutzbeschichtungen für Fensterglas verwendet. Der entscheidende Parameter für das Reflexionsvermögen der Schicht ist die elektrische Leitfähigkeit - je höher die Leitfähigkeit, desto stärker wird Infrarotlicht reflektiert. Elektrisch leitende Schichten mit Schichtdicken dünner als die mittlere freie Weglänge der Elektronen weisen einen starken Anstieg des spezifischen Widerstandes auf, der sich proportional zur inversen Schichtdicke verhält. Trotz ausführlicher Diskussionen während der letzten Jahrzehnte, ist noch nicht geklärt ob dieses Verhalten auf Streuung von Elektronen an Grenzflächen (Fuchs-Sondheimer-Modell) oder an Korngrenzen (Mayadas-Shatzkes-Modell) zurückzuführen ist. Um ein grundlegendes Verständnis der vorherrschenden Streumechanismen zu erlangen, wurden Schichtstapel der Struktur Aluminium-dotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) / Ag / ZnO:Al, welche mittels Magnetron-Sputtern hergestellt wurden, hinsichtlich ihrer Transporteigenschaften und elektronischen Struktur untersucht. Die elektronische Struktur der Schichtsysteme ist mittels Elektronen-Energieverlust-Spektroskopie untersucht und bezüglich ihrer plasmonischen Anregungen analysiert wurden. Diese können in Anregungen der Volumenelektronen des Silbers und Anregungen der Elektronen aus der ZnO:Al / Ag Grenzfläche unterteilt werden. Die Plasmonen wurden hinsichtlich ihrer Impulsabhängigkeit und Anregungsbreite analysiert und durch Berechnung der Plasmonenstreurate mit den Messungen der elektrischen Leitfähigkeit verglichen. Aufgund der Tatsache, dass Genzflächen- und Korngrenzstreuung eine ähnliche Schichtdickenabhängigkeit aufweisen, gestaltet sich die Bestimmung der relativen Beiträge beider Streumechanismen als schwierig. Diese Problem kann durch die Untersuchung der Temperaturabhängigkeit der Streumechanismen, die sich für Grenzflächen- und Korngrenzstreuung unterscheidet, gelöst werden. Der spezifische Widerstand wurde in Abhängigkeit von der Temperatur an mehreren Proben unterschiedlicher Silberschichtdicke (im Bereich von 4 bis 200 nm) gemessen. Die Daten wurden anhand des erweiterten Mayadas-Shatzkes-Modells, welches sowohl Streuung an Grenzflächen (Fuchs-Sondheimer-Modell) als auch an Korngrenzen berücksichtigt, evaluiert. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass für alle Schichtdicken die Elektronenstreuung an Korngenzen der dominierende Streumechanismus ist. Die Ergebnisse der Analyse des fundmentalen Schichtsystems wurden mit denen komplexerer Systeme verglichen, bei denen zum einen durch Hinzufügen einer dünnen Titanschicht die Grenzfläche zwischen Silber und ZnO:Al modifiziert wurde und zum anderen der Silberfilm durch einen erhöhten Sauerstoff-Partialdruck während der Beschichtung oxidiert wurde. Des Weiteren wurde der Effekt einer Temperung bei 250°C an allen Systemen untersucht. / Les vitrages bas-émissifs sont fréquemment élaborés par dépôts de revêtements dont la couche active est un film mince d'argent. Le paramètre qui détermine la réflexion dans l'infra-rouge est la conductance électrique de l'empilement. La résistivité électrique résiduelle de films dont l'épaisseur est inférieure au libre parcours moyen des électrons croît fortement en fonction de l'inverse de l'épaisseur. En dépit d'intenses recherches menées pendant des dizaines d'années, l'origine de cet accroissement de résistivité - réflexion des électrons par les interfaces (modèle de Fuchs-Sondheimer) ou par les joints de grains (modèle de Mayadas-Shatzkes). Pour comprendre les mécanismes à l'œuvre dans le transport des électrons, des couches ZnO dopé aluminium (ZnO:Al) / Ag / (ZnO:Al) produites par pulvérisation plasma ont été étudiée concernant leur structure électronique et propriétés de transport électrique. Les empilements ont été examinés par spectroscopie de pertes d'énergie d'électrons. Les spectres font apparaître les excitations des électrons de volume de l'argent et les excitations à l'interface ZnO:Al / Ag. Les excitations ont été analysés concernant leur dispersion. En outre, la durée de vie moyenne des plasmons déterminée d'après la largeur du pic de plasmon d'interface se compare bien à la l'inverse de la fréquence de diffusion des électrons qui se déduit de l'application du modèle de Drude aux données relatives à la résistivité. La difficulté dans la détermination des contributions relatives des modèles de Fuchs-Sondheimer et Mayadas-Shatzkes dans les conditions expérimentales est due au fait que ces deux modèles présentent des variations très similaires en fonction de l'épaisseur des films. D'importance primordiale pour la compréhension du transport dans les films minces, la question est une clé pour l'amélioration des revêtements bas-émissifs. La solution a été apportée ici par la différence de comportement en fonction de la température des diffusions des électrons aux interfaces et aux joints de grains. D'après cela, la résistance d'empilements comportant des films d'argent d'épaisseurs comprises entre 4 et 200 nm a été mesurée en fonction de la température. Les données ont été analysées au moyen de la version du modèle de Mayadas-Shatzkes qui inclut à la fois la diffusion des électrons aux interfaces (modèle de Fuchs-Sondheimer) et la diffusion des électrons aux joints de grains. Il a té démontré que, pour toutes les épaisseurs, la diffusion des électrons aux joints de grains constitue l'effet dominant. Les résultats de l'analyse du système fondamental ont été comparées avec les résultats de systèmes plus sophistiqués, obtenus soit en intercalant une couche additionnelle de titane entre l'argent et le ZnO (méthode communément utilisée pour améliorer le mouillage du ZnO par l'argent), soit par exposition à une pression partielle du film d'argent encours de croissance (pour oxyder le film). En outre, l'effet du recuit à 250°C a été étudié pour tous ces systèmes.

The goal of this project is to study novel nanoscale excitation volumes, sensitive enoughto study individual chromophores and go on to study new and exciting self assemblyapproaches to this problem. Small excitation volumes may be engineered using light con-finement inside apertures in metal films. These apertures enhance fluorescence emissionrates, quantum yields, decrease fluorescence quenching, enable higher signal-to-noiseratios and allow higher concentration single chromophore fluorescence, to be studied byrestricting this excitation volume. Excitation volumes are reported on using the chro-mophore's fluorescence by utilising fluorescence correlation spectroscopy, which monitorsfluctuations in fluorescence intensity. From the correlation in time, we can find the res-idence time, the number of chromophores, the volume in which they are diffusing andtherefore the fluorescence emission efficiency. Fluorescence properties are a probe ofthe local environment, a particularly powerful tool due to the high brightness (quantumyield) fluorescent dyes and sensitive photo-detection equipment both of which are readilyavailable, (such as avalanche photodiodes and photomultiplier tubes). Novel materialscombining the properties of conducting and non-conducting materials at scales muchsmaller than the incident wavelength are known as meta-materials. These allow combi-nations of properties not usually possible in natural materials at optical frequencies. Theproperties reported so far include; negative refraction, negative phase velocity, fluorescenceemission enhancement, lensing and therefore light confinement has also been proposed tobe possible. Instead of expensive and slow lithography methods many of these materialsmay be fabricated with self assembly techniques, which are truly nanoscopic and otherwiseinaccessible with even the most sophisticated equipment. It was found that nanoscaled volumes from ZMW and HMMs based on NW arrays wereall inefficient at enhancing fluorescence. The primary cause was the reduced fluorescencelifetime reducing the fluorescence efficiency, which runs contrary to some commentatorsin the literature. NW based lensing was found to possible in the blue region of the opticalspectrum in a HMM, without the background fluorescence normally associated with a PAAtemplate. This was achieved using a pseudo-ordered array of relatively large nanowireswith a period just smaller than lambda / 2 which minimised losses. Nanowires in the traditionalregime lambda / 10 produced significant scattering and lead to diffraction, such that they werewholly unsuitable for an optical lensing application.

Application a un cristal liquide nématique dans lequel la déformation du directeur est induite soit par un écoulement de poiseuille plan du cristal liquide, soit par application d'un champ électrique. Détermination de l'énergie d'ancrage du nématique en contact avec son support.