Light scattering by sub-micrometric particles

L’objectif de ce travail a ete de contribuer a la comprehension physique de l’interaction de la lumiere visible avec des particules sub-microniques, en particulier en champ proche. Deux phenomenes particuliers ont ete etudies, la possibilite de concentrer la lumiere en un jet photonique et les couplages electromagnetiques entre particules proches. La theorie de Lorenz-Mie et l’algorithme de la T-matrice, qui est une extension pour simuler rigoureusement l’interaction de la lumiere avec plusieurs spheres, ont ete utilises pour les simulations. Dans les deux cas, les equations de Maxwell ont ete resolues analytiquement. En premier lieu, nous avons observe la possibilite qu’avaient des spheres dielectriques de focaliser jusqu’a la limite de diffraction et de fortement concentrer l’energie en champ proche. Cette focalisation en champ proche a lieu quand le rayon de la sphere a une taille comparable avec la longueur d’onde, mais aussi pour des spheres de taille plus grande. Quand le point focal est juste sur la surface de la sphere ou a quelques longueurs d’onde devant, la largeur (FWHM) du faisceau peut etre plus petite que la longueur d’onde, le faisceau est faiblement divergent et l’energie peut etre fortement concentree. Un tel faisceau focalise a ete appele un jet photonique. Nous avons montre son existence pour des particules spheriques et avons decrit ses principales proprietes en fonction des proprietes optiques de la sphere. Plusieurs applications possibles ont ete presentees. Cette concentration d’energie en champ proche a pose la question des couplages electromagnetiques qui peuvent intervenir entre particules au coeur d’un agregat de spheres dielectriques. Pour etudier ces couplages, nous avons simule des couples de particules. L’etude a ete realisee avec des couples de spheres dielectriques et des couples de spheres conductrices parfaites et ceci pour plusieurs orientations. Notre but a ete de proposer une interpretation physique des phenomenes de couplages qui peuvent avoir lieu entre deux particules proches. Pour un couple de particules qui serait orthogonal au vecteur d’onde de l’onde plane incidente, une comparaison avec des trous d’Young a ete faite. En diffusion simple, l’intensite diffusee en champ lointain peut etre decrite en terme d’interferences et de diffraction. Nous avons etendu cette comparaison aux cas ou il y a diffusion multiple et nous avons montre que les interactions dues a la diffusion multiple influaient essentiellement sur la fraction de l’onde incidente qui interagissait avec les particules. Nous avons egalement considere le cas ou le couple de particules serait parallele au vecteur d’onde de l’onde plane incidente. En diffusion multiple et dans la direction de retro diffusion, nous avons mis en evidence un phenomene d’ombrage dans le cas de spheres conductrices parfaites, qui fait decroitre l’intensite des interferences observees. A l’inverse, un effet de type Fabry-Perot (resonances d’une cavite) a ete observe pour un couple de particules dielectriques, effet qui fait augmenter l’intensite des interferences observees et qui pourra etre utilises pour des applications futures.