Réponses multiharmoniques et résonances de nanocristaux par diffusion et microscopie multiphotonique
Multiharmonic response and resonances of nanocrystals from mutiphotonic scattering and microscopy
Résumé
Harmonic nanocrystals with a non-centrosymmetric crystalline structure have nonlinear
optical properties that are particularly interesting for use as optical markers in
biomedical imaging.
The Hyper-Rayleigh scattering technique currently used to quantify the second
harmonic response of nanoparticles in suspension has been extended in this work to
determine the third order non-linear susceptibility of different nanomaterials (BiFeO3,
ZnO, KNbO3 and LiNbO3). Furthermore, the development of an experimental set-up
based on a wavelength-tunable source has allowed probing the non-linear optical
resonances of the 2nd order (for excitation between 700 nm and 1300 nm) of these
different materials. The spectral response of WS2 nanosheets has also been studied
using the same system. Finally, we have demonstrated the detection of fourth
harmonic signals from a single BiFeO3 nanoparticle using a multiphotonic
microscopy device combined with a Telecom laser source for future integration of
these nanoparticles as frequency conversion elements for nanophotonics.
Les nanocristaux harmoniques de structure cristalline non centrosymétrique possèdent
des propriétés optiques non linéaires intéressantes notamment pour une utilisation
comme marqueurs optiques en imagerie biomédicale.
La technique de diffusion Hyper-Rayleigh habituellement utilisée pour quantifier la
réponse de deuxième harmonique de nanoparticules en suspension a été étendue dans
ce travail pour déterminer la susceptibilité non linéaire d’ordre 3 de différents
nanomatériaux (BiFeO3, ZnO, KNbO3 et LiNbO3). D’autre part, le développement
d’un montage expérimental basé sur une source accordable en longueur d’onde a
permis de sonder les résonances optiques non linéaires d’ordre 2 (pour une excitation
comprise entre 700 nm et 1300 nm) de ces différents matériaux. La réponse spectrale
de nanofeuillets de WS2 a également été étudiée à l’aide du même système. Enfin,
nous avons démontré la détection de signaux de quatrième harmonique d’une
nanoparticule unique de BiFeO3 à l’aide d’un dispositif de microscopie
multiphotonique associé à une source laser Telecom pour une future intégration de
ces nanoparticules comme éléments de conversion de fréquence pour la
nanophotonique.
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