Brevet FR2884916A1 — publié le 20061027

DETECTEUR OPTIQUE ULTRASENSIBLE A GRANDE RESOLUTION TEMPORELLE, UTILISANT UN PLASMON DE SURFACE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un détecteur optique ultrasensible, à grande résolution temporelle, et notamment un détecteur supraconducteur de photon unique (en anglais, superconducting single photon detector). L'invention s'applique notamment à la détection et à la localisation des défauts de fonctionnement d'un circuit intégré semi-conducteur, par détection de l'émission de photons spécifiques par des transistors défaillants. Elle s'applique aussi aux circuits de réception et de routage pour les télécommunications à très haut débit, en particulier à ceux qui sont destinés aux satellites de télécommunication, à cause de la très faible dissipation thermique du détecteur objet de l'invention. L'invention s'applique en outre à la détection de la clé du code quantique dans un système de cryptographie. Elle s'applique également à la détection d'objets biologiques ou médicaux par tomographie ainsi qu'à l'observation astronomique d'objets éloignés. 2 ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Des techniques émergentes telles que le calcul et la cryptographie quantiques, la détection de très faibles signaux pour les télécommunications ou l'astronomie, le diagnostic sans contact de circuits intégrés en micro-électronique ou la détection d'objets biologiques, nécessitent des détecteurs de radiations en particulier dans le domaine visible ou le domaine proche infra-rouge, qui soient très rapides, aient une gigue (en anglais, jitter) très faible, fassent très peu de bruit et soient extrêmement sensibles: ils doivent être capables de détecter un photon unique. A ce sujet, on se reportera au document[Verevkin 03] qui, comme les autres documents cités par la suite, est mentionné à la fin de la présente description. Les détecteurs supraconducteurs de photon unique, également appelés SSPD, ont potentiellement toutes les qualités mentionnées ci-dessus et sont de bons candidats pour remplacer les photodiodes à avalanche et les tubes photomultiplicateurs actuels, dont les performances sont limitées, particulièrement dans l'infrarouge. On peut classer les différents types de SSPD en deux catégories, à savoir les STJ ou jonctions tunnel supraconductrices (en anglais, superconducting tunnel junctions) et les bolomètres dont les HEB, bolomètres à électrons chauds (en anglais, hot electron bolometers), constituent la classe la plus rapide. Les HEB utilisent des films supraconducteurs ultra-minces dont l'épaisseur vaut moins de 10nm, pour obtenir des temps caractéristiques très courts, de l'ordre de 10 ps. Pour ces films, le matériau de prédilection est le nitrure de niobium (NbN) en phase cubique B1. Dans un HEB connu, un film très mince de NbN est épitaxié sur un substrat de saphir, dont l'orientation est 1102 (plan R) ; et après structuration, ce film forme des méandres dont la largeur va de 100 nm à 200 nm. La fabrication, le fonctionnement et la caractérisation de tels SSPD sont décrits par exemple dans [Gol'tsman 03] et dans [Korneev 03]. L'efficacité de détection, ou efficacité de conversion du photon en un signal électrique, est un paramètre-clé qu'il faut optimiser et qui vaudrait 100% pour un détecteur idéal. Il dépend du taux de remplissage (taux de recouvrement du faisceau incident et de la zone active du détecteur), de l'absorption optique dans la couche de NbN et de la capacité du point chaud (en anglais, hot spot), qui est formé par suite de l'absorption du photon, à créer une barrière résistive sur toute la largeur de la bande (en anglais, strip) supraconductrice. On distingue l'efficacité de détection de l'efficacité quantique, qui est définie pour un taux de recouvrement de 100%. La structure en méandres a été imaginée pour avoir un taux de remplissage correct. Dans les dernières réalisations, l'intervalle entre deux bandes de cette structure est aussi petit que la largeur de la bande supraconductrice et le taux de remplissage vaut environ 50%. Il ne peut guère dépasser cette valeur du fait des limitations technologiques actuelles, associées à la lithographie électronique qui est utilisée pour former la structure en méandres. On peut envisager de meilleurs taux de recouvrement avec d'autres techniques, mais une structure dont les méandres sont trop rapprochés favorise la diaphonie (en anglais, cross-talk) et conduit à une longueur accrue de matériau supraconducteur. L'absorption par le NbN est de l'ordre de 20% pour une épaisseur de 4 nm. La seule façon de l'augmenter serait d'augmenter l'épaisseur de la couche de NbN, mais le rapport entre la section du point chaud et celle de la bande supraconductrice diminuerait, puisque la largeur de cette bande est limitée à 1OOnm par le faisceau d'électrons, et cela provoquerait un effondrement de l'efficacité globale (voir [Korneev 03]). L'efficacité de détection ne peut donc excéder environ 15% avec cette architecture. Elle atteint 5% à 7% avec les longueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications dans la dernière génération de détecteurs (voir[Korneev 04]). Il serait probablement difficile de faire mieux car la très grande longueur de la bande de NbN (150 m à 200 m lorsque cette bande est déroulée ) présente deux inconvénients, à savoir la non-uniformité de la largeur de la ligne et les fluctuations classiques ou quantiques du fluide supraconducteur, qui laissent peu d'espoir d'approcher l'efficacité maximale. Plusieurs approches ont été proposées pour augmenter le couplage de la lumière dans la région absorbante du détecteur. On a par exemple proposé d'utiliser un miroir et une éventuelle couche anti-reflet. La lumière qui a traversé le NbN sans avoir été absorbée est alors renvoyée sur le NbN par un miroir concave (voir [FR 2812455]) ou par un miroir plan (voir [LeCoupanec 03]). Le film de NbN est éventuellement recouvert d'une couche anti-reflet pour éliminer les pertes par réflexion de l'onde incidente. L'efficacité de détection attendue est de 40% mais elle est de toute façon limitée par le taux de remplissage (50%) qui est inhérent à toute conception de film que l'on attaque sous incidence normale. On a également proposé d'utiliser un couplage par guide d'onde (voir [JPL 03]). La lumière incidente se propage alors dans un guide d'onde plan en silicium. Le serpentin déposé par-dessus absorbe l'onde évanescente associée au mode guidé et le photon est susceptible d'être absorbé à chaque passage de l'onde évanescente par un trait du méandre. L'épaisseur de NbN traversée à chaque passage (100 nm à 200 nm) est bien plus importante que dans le cas d'une incidence normale où cette épaisseur vaut 4nm. Mais, comme la plus grande partie de l'intensité passe dans le guide, il faut de nombreux méandres pour que l'absorption soit complète. L'efficacité peut en principe atteindre des valeurs très élevées mais elle est, là aussi, limitée par la très grande longueur de la bande supraconductrice. De plus, d'un point de vue technologique, la faisabilité de la croissance de NbN monocristallin sur Si n'a pas encore été clairement démontrée. EXPOSÉ DE L'INVENTION La structure en méandres, dispositif de couplage optique actuellement mis en oeuvre dans les HEB en NbN, n'est pas optimisée à cause du taux de remplissage peu élevé, de l'absorption trop faible par la couche de NbN, et de la grande longueur des méandres qui augmente le bruit et dégrade les caractéristiques électriques du fait des non-uniformités de largeur des méandres. De ce fait, l'efficacité de détection est limitée à 20% dans le domaine visible. Avec les longueurs d'ondes utilisées pour les télécommunications, elle est encore plus faible (moins de 10%) et le bruit est plus important car l'énergie du photon est plus faible. Un pixel de plus grande taille, mieux adapté à des longueurs d'ondes plus élevées, nécessiterait des méandres encore plus longs. La conception du détecteur (par exemple du SSPD, plus précisément du HEB), que l'on propose dans la présente invention, abandonne la structure en méandres avec ses limitations. Son originalité réside dans l'adressage optique du photon vers un détecteur, notamment un détecteur supraconducteur, à géométrie optimisée, par l'intermédiaire de plasmons de surface qui sont guidés dans un guide métallique. Les zones de couplage optique et de détection par le HEB sont à présent séparées. La présente invention a divers avantages. En particulier, le couplage optique est nettement plus efficace que dans la structure en méandres. En effet, le taux de remplissage est proche de 100%. De plus, l'énergie est entièrement absorbée dans l'élément actif du détecteur. En outre, la longueur de la bande de détection, qui constitue le thermomètre du HEB ou de la jonction STJ, peut être au moins dix fois plus petite que celle de la structure en méandres. Les problèmes liés à la non-uniformité de la largeur de la bande supraconductrice et aux fluctuations électroniques classiques ou quantiques disparaissent en grande partie. L'efficacité de détection peut donc atteindre des valeurs très élevées, le bruit est plus faible et la gigue (en anglais, jitter) est réduite. En effet, il y a moins de bruit de phase et une meilleure uniformité de température dans une bande supraconductrice plus courte. De plus, l'invention peut être mise en oeuvre par des moyens technologiques existants. De façon précise, la présente invention a pour objet un détecteur optique, destiné à détecter au moins un photon (de un à une dizaine de photons), ce détecteur comprenant un substrat diélectrique et, sur ce substrat, au moins un élément de détection qui est prévu pour engendrer un signal électrique à partir de l'énergie du ou des photons reçus, ce détecteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément de couplage qui est formé sur le substrat, est distinct de l'élément de détection et comprend un élément métallique, prévu pour engendrer un plasmon de surface par interaction avec le ou les photons et pour guider ce plasmon de surface jusqu'à l'élément de détection qui absorbe alors l'énergie de ce plasmon de surface. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de détection forme une bande mince et courte. Selon un premier mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention, l'élément de détection comprend une monocouche d'un matériau qui est choisi parmi les matériaux bolométriques et les matériaux supraconducteurs. Selon un deuxième mode de réalisation particulier, l'élément de détection comprend une multicouche supraconductrice formant une jonction tunnel et/ou une jonction Josephson. La jonction tunnel peut être une jonction tunnel magnétique. Selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de détection et l'élément métallique sont sensiblement rectilignes et l'élément métallique se prolonge longitudinalement par l'élément de détection. De préférence, dans ce cas, l'élément métallique a une première largeur et l'élément de détection a une deuxième largeur qui est inférieure à la première largeur, et l'élément métallique se raccorde à l'élément de détection par une extrémité. Selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention, l'élément de détection et l'élément métallique sont sensiblement rectilignes et l'élément de détection est perpendiculaire à l'élément métallique. De préférence, la génération du plasmon de surface est obtenue par couplage dans une configuration de type Otto ou de type Kretschmann ou par couplage au moyen d'un réseau de diffraction, qui est formé sur l'élément métallique, ou au moyen d'un guide d'onde diélectrique qui est formé sur l'élément métallique ou qui est formé entre ce dernier et le substrat et a un indice de réfraction supérieur à celui du substrat. Le détecteur objet de l'invention peut comprendre en outre une fibre optique pour transporter le ou les photons en vue du couplage. L'extrémité de la fibre optique peut être clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Otto. En variante, l'extrémité de la fibre optique est clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Kretschmann et l'indice de réfraction du substrat est inférieur à celui du coeur de la fibre optique. Selon une autre variante, l'extrémité de la fibre optique est clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Kretschmann et l'indice de réfraction du substrat est supérieur à celui du coeur de la fibre optique, et une couche diélectrique, dont l'indice de réfraction est supérieur à celui du substrat, est prévue sur l'élément métallique, entre ce dernier et la fibre optique. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'élément métallique de l'élément de couplage constitue un guide destiné au couplage d'un faisceau lumineux incident focalisé, formé par le ou les photons, vers un plasmon de surface à grande distance (en anglais, long range surface plasmon ), ce couplage se faisant par la tranche du guide, en une première extrémité de celui-ci. Le guide peut alors être un guide effilé (en anglais, taper ) dont la deuxième extrémité est 15 moins large que la première extrémité. Dans ce cas, l'élément de détection peut être sensiblement rectiligne, placé en regard de la deuxième extrémité du guide et perpendiculaire à cette deuxième extrémité ; ou au moins une partie de l'élément de détection peut être sensiblement rectiligne, cette partie étant placée sous la deuxième extrémité du guide, parallèlement à cette deuxième extrémité. Le guide peut aussi être un guide droit à plasmon de surface à grande distance, placé entre deux miroirs à plasmon, à savoir deux miroirs réfléchissants (par exemple en or ou en argent), disposés en entrée et en sortie de guide et par exemple déposés sur les facettes de la puce (en anglais, chip) du détecteur. Le guide muni des deux miroir constitue ainsi un résonateur à plasmon. L'élément de détection est alors sensiblement rectiligne et placé au moins en partie sous le guide, par exemple parallèlement ou perpendiculairement à ce guide. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le détecteur comprend un ensemble d'éléments de couplage et un ensemble d'éléments de détection, l'ensemble des éléments de couplage formant une matrice d'éléments sur le substrat et étant destiné au couplage d'un faisceau lumineux incident collimaté, formé par le ou les photons, ce couplage ayant lieu par réflexion totale atténuée, en configuration Otto ou Kretschmann, et dans lequel chacun des éléments de détection constitue un pont qui relie deux éléments de couplage adjacents. De préférence, chaque élément de couplage constitue un résonateur suivant une direction parallèle au plan d'incidence du faisceau lumineux sur le substrat. Alors, de préférence, chaque élément de couplage constitue en outre un résonateur suivant une direction perpendiculaire au plan d'incidence du faisceau lumineux sur le substrat. Selon un mode de réalisation préféré du détecteur objet de l'invention, chaque élément de détection comprend une phase de nitrure supraconductrice. Cette phase peut être du nitrure de niobium. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnée ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1A est une vue en coupe longitudinale schématique d'un exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 1B est une vue de dessus schématique du détecteur objet de la figure 1A, -la figure 1C est une vue schématique de moyens de commande et de traitement associés au détecteur des figures 1A et 1B, - la figure 1D est une vue de dessus schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 1E est une vue de dessus schématique d'une variante de la figure 1D, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 4A est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 4B est une vue de dessus schématique du détecteur de la figure 4A, - la figure 5A est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 5B est une vue de dessus schématique du détecteur de la figure 5A, - la figure 6A est une vue en perspective schématique d'un mode de réalisation préféré du détecteur objet de l'invention, - la figure 6B est une vue de dessus schématique et partielle du détecteur de la figure 6A, - la figure 7 est une vue de dessus schématique et partielle d'une variante de ce détecteur de la figure 6A, - la figure 8A est une vue en perspective schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, - la figure 8B est une vue en coupe schématique et partielle du détecteur de la figure 8A, - la figure 9A est une vue en coupe longitudinale schématique d'un autre exemple du détecteur objet de l'invention, - la figure 9B est une vue de dessus schématique du détecteur de la figure 6A, - la figure 10A est une vue de dessus schématique d'un autre détecteur conforme à l'invention, la figure 10B est une vue en coupe schématique et partielle du détecteur de la figure 10A, - la figure 10C est une vue schématique de deux éléments de couplage adjacents de ce détecteur de la figure 10A, qui sont reliés par un pont en matériau supraconducteur, et - les figures 11A à 11E illustrent schématiquement des étapes d'un procédé de fabrication d'un élément en matériau supraconducteur, utilisé pour fabriquer un détecteur conforme à l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On décrit ci-après divers détecteurs conformes à l'invention ainsi que le fonctionnement de ces détecteurs, dans le cas d'un faisceau lumineux incident focalisé puis d'un faisceau lumineux incident collimaté. On se place tout d'abord dans le cadre d'un faisceau incident focalisé, dont la largeur vaut typiquement quelques micromètres et qui est issu d'une fibre optique monomode ou d'une optique focalisante comme par exemple un objectif de microscope. Un premier exemple de détecteur conforme à l'invention est vu en coupe longitudinale sur la figure 1A et de dessus sur la figure 1B. Ce détecteur 2 comprend un substrat diélectrique 4 et un élément de détection 6 formé sur ce substrat et fait d'un matériau supraconducteur, de préférence le NbN. Cet élément forme une bande mince, courte et sensiblement rectiligne. Typiquement, l'épaisseur E de cette bande est inférieure à 10 nm, sa largeur 1 est inférieure à 1 m et sa longueur L est inférieure à 100 m mais avantageusement supérieure à la longueur 6p de propagation du plasmon à la surface du matériau supraconducteur, le NbN dans l'exemple, par rapport à l'air. Dans l'exemple E vaut 4 nm, 1 vaut 0,2 m et L vaut 10 m. Le détecteur 2 comprend aussi un élément de couplage 8 qui est formé sur le substrat. Cet élément 8 est distinct de l'élément de détection 6 mais en contact avec lui. L'élément de couplage 8 comporte un élément métallique sensiblement rectiligne 10 qui se prolonge longitudinalement par l'élément de détection 6. L'élément de couplage 8 est prévu pour recevoir un ou quelques photons que l'on veut détecter, par exemple un photon unique, et pour communiquer l'énergie de ce photon à l'élément de détection 6. Dans l'exemple, le photon est amené vers l'élément métallique 10 par une fibre optique 11, plus précisément par le coeur (en anglais, core) (non représenté) de cette fibre. L'élément de détection est prévu pour engendrer un signal électrique à partir de l'énergie du photon et permettre la propagation électrique, rapide et sans distorsion, du signal détecté. Remarquons que la fibre optique 11 est disposée en incidence oblique dans l'exemple des figures 1A et 1B. Dans cet exemple, l'énergie du photon est communiquée à l'élément de détection sous la forme d'un plasmon de surface 12: l'élément métallique 10 engendre ce plasmon par interaction avec le photon et guide ce plasmon jusqu'à l'élément de détection 6. Deux électrodes (non représentées) sont formées respectivement aux deux extrémités de la 30 structure formée de l'élément de détection 6 et de l'élément de couplage 8. Chaque électrode est constituée d'une ou plusieurs couches d'un métal approprié, par exemple l'or. Ces électrodes permettent la connexion de l'élément de détection 6 à des moyens de commande et de traitement 15 que l'on voit sur la figure 1C, sur laquelle ces électrodes ont respectivement les références 14 et 16. Ces électrodes ont les références 3 et 4 sur la figure 1D sur laquelle on reviendra par la suite et qui est une vue de dessus schématique d'un détecteur conforme à l'invention. Sur la figure 1C, on voit un cryostat 18 prévu pour maintenir le détecteur 2 à une température très inférieure à la température critique de NbN. On voit aussi les moyens de commande et de traitement 15. Ces moyens 15 comprennent un té de polarisation 20, qui est relié aux électrodes 14 et 16 et qui permet de séparer les signaux rapides de détection, dont la fréquence est de l'ordre de 1 GHz, du courant continu d'alimentation du détecteur, au moyen de lignes de propagation dont la structure est coplanaire et dont l'impédance est adaptée (voir figure ID). Ces moyens 15 comprennent aussi une source de courant de polarisation qui est reliée au té et prévue pour polariser le détecteur 2 par un courant continu dont l'intensité est inférieure à l'intensité critique du détecteur. Des moyens spécifiques (non représentés) d'amplication ou de multiplexage de signaux peuvent être prévus dans le cryostat. La figure 1D est une vue de dessus schématique d'un mode de réalisation particulier du détecteur objet de l'invention. Ce détecteur comprend encore le substrat 4 et, sur ce dernier, deux structures électriquement conductrices 26 et 27. La structure 27 forme une bande sensiblement rectiligne. Elle est prolongée par l'élément de couplage 8 qui comprend encore l'élément 10 suivi de la zone 28. Cette zone 28 est suivie de l'élément de détection rectiligne 6, dont les extrémités ont la référence 25. La structure 26 s'étend de part et d'autre de l'ensemble comprenant la bande 27, l'élément 8 et l'élément 6. En outre, comme on le voit, cette structure 26 se raccorde à l'extrémité de l'élément 6, opposée à celle qui est en contact avec la zone 28. La structure 26 et la bande 4 délimitent ainsi deux zones 29 du substrat qui sont sensiblement rectilignes et constituent des lignes coplanaires de propagation du signal électrique détecté. La structure 26 est mise à la masse (en anglais grounded ). La bande 4 permet la polarisation du détecteur en courant et la sortie du signal détecté vers le té de polarisation 20 (figure 1C). L'élément 6 constitue un pont en NbN. A titre purement indicatif et nullement limitatif, ce pont de NbN a une longueur de 5}gym, une largeur de 0,2}gym et une épaisseur de 4 nm; et la largeur des lignes 29 vaut 30} gym. La figure 1E constitue une variante de la figure 1D, sur laquelle on reviendra par la suite. Considérons à nouveau l'exemple des figures 1A et 1B. L'énergie véhiculée par l'onde incidente issue de la fibre optique 11, dont le coeur a un diamètre qui vaut typiquement quelques micromètres, est confinée dans deux directions de l'espace avant d'être guidée à la surface de l'élément métallique 10. En effet, il y a un confinement vertical: la lumière incidente excite un mode plasmon de l'interface entre le diélectrique 32 et l'élément 10, ce dernier constituant un guide de plasmon métallique, et le plasmon excité 12 se propage à l'interface entre le métal et le diélectrique qui surmonte ce métal, à savoir l'air dans l'exemple. Il y a également un confinement latéral: le plasmon de surface est ensuite guidé vers une zone de focalisation 28 où il subit un confinement latéral. Dans l'exemple, l'élément métallique 10 a une longueur de l'ordre de 10 m et une largeur de l'ordre de 5 m. Plusieurs configurations sont possibles pour le couplage du plasmon. Une première configuration possible (figure 1A) est un couplage de type Otto, première variante de la technique ATR (pour Attenuated Total Reflection). L'extrémité 30 de la fibre 11 est clivée selon un angle qui permet au mode guidé dans la fibre de subir une réflexion totale sur l'extrémité 30 et de générer, dans une couche 32 de faible indice de réfraction, une onde évanescente qui vient exciter le mode plasmon à l'interface supérieure du métal de l'élément 10. Cette couche 32 peut être une couche d'air ou une couche diélectrique de bas indice, comprise entre l'extrémité clivée 30 et l'élément 10. Cette couche de bas indice doit avoir un indice de réfraction inférieur à l'indice effectif du mode guidé de la fibre, pour assurer la réflexion totale; son épaisseur vaut typiquement 1 m. L'angle de clivage de la fibre doit être supérieur à l'angle critique ic de réflexion totale entre la fibre et le diélectrique 32. La valeur de cet angle de clivage est déterminée par le vecteur d'onde du plasmon, qui dépend de la constante diélectrique du métal de l'élément 10 (par exemple l'argent), et par l'indice de réfraction de la couche de bas indice. En ce qui concerne le choix du métal de l'élément 10, la longueur de propagation du plasmon, qui dépend de la constante diélectrique du métal de l'élément 10 et de l'indice de la couche diélectrique 32, doit être suffisante, typiquement de quelques dizaines de micromètres, pour limiter les pertes. Cette condition est remplie par l'or et l'argent, métaux usuels dans les applications des plasmons. Ces métaux faiblement résistifs conviennent également pour réaliser les structures électriques connectées au détecteur. L'épaisseur de l'élément, ou film, métallique 10 vaut typiquement quelques dizaines de nanomètres. On précise que les épaisseurs et les indices sont ajustés pour optimiser le couplage, notamment pour que la largeur angulaire de la résonance couvre la dispersion angulaire du mode de la fibre. On peut également prévoir d'interposer une ou plusieurs couches diélectriques, ayant des indices optiques appropriés, entre la fibre et l'élément 10, pour permettre un bon couplage optique. La gamme de longueurs d'ondes qui est envisageable pour le détecteur 2 correspond au domaine d'existence de plasmons de surface dans les métaux considérés. Pour l'argent et l'or, la longueur d'onde doit être approximativement égale ou supérieure à 350 nm, et pour NbN, elle doit être approximativement égale ou supérieure à 600 nm. Il convient de noter que la longueur de propagation des plasmons est une fonction croissante de la longueur d'onde. On précise que la zone délimitée par une ellipse 34 sur la figure 1B représente schématiquement l'intersection du faisceau lumineux incident et du plan de l'élément 10. De plus, la longueur de la zone 28 doit être inférieure à la longueur de propagation du plasma. En variante, on peut utiliser un couplage de type Kretschmann (autre variante de la technique ATR) comme le montre la figure 2. Dans ce cas, l'extrémité clivée 30 de la fibre 11 est directement en contact avec le métal de l'élément 10. Il y a donc une réflexion totale de la lumière qui se propage dans la fibre. L'onde évanescente excite le plasmon à l'interface inférieure métal/substrat, ce qui est possible à condition que l'indice du substrat soit inférieur à celui du coeur de la fibre. Cette condition n'est pas remplie avec un substrat de saphir, dont l'indice vaut 1,75, et une fibre standard dont le coeur a un indice égal à 1,45. Mais on peut alors envisager d'interposer un matériau de haut indice (indice supérieur à celui du substrat) entre l'élément métallique 10 et la face clivée de la fibre. Dans schématiquement un couplage au une autre variante, qui est illustrée par la figure 3, on utilise moyen d'un réseau de diffraction (en anglais, diffraction grating). Un plasmon est excité à partir de la fibre, qui est clivée perpendiculairement à son axe dans ce cas, avec une incidence normale ou oblique sur le film métallique 10. L'incidence est oblique dans l'exemple de la figure 3. Un réseau de diffraction 36 est prévu à la surface de l'élément, ou film, métallique 10 et l'extrémité de la fibre est placée en regard de ce réseau, en faisant un angle inférieur ou égal à 90 avec ce dernier (voir [Ditlbacher 03] au sujet d'un couplage par réseau). Les caractéristiques du réseau, à savoir son pas (en anglais, pitch) et son amplitude sont choisies de façon à optimiser le couplage. D'autres couplages peuvent être envisagés, selon lesquels la fibre optique est couplée au détecteur par la tranche de ce dernier. Dans une variante, on utilise un couplage 30 par guide d'onde (voir les figures 4A-4B et 5A-5B). La lumière issue de la fibre 11, qui est clivée perpendiculairement à son axe, est couplée dans un guide d'onde diélectrique amorphe 38, qui est formé sur l'élément métallique 10. L'onde évanescente qui se propage à l'interface inférieure du guide d'onde 38 se couple au mode plasmon à l'interface métallique inférieure, à condition que l'indice effectif du mode guidé soit supérieur à l'indice du substrat. Ceci est schématiquement illustré par la figure 4A, sur laquelle le détecteur de l'exemple considéré est vu en coupe longitudinale, et par la figure 4B, sur laquelle il est vu de dessus. On voit que le guide d'onde 38 s'étend également au dessus de l'élément de détection 6 et que sa largeur est sensiblement égale à celle de l'élément métallique 10. En variante, on peut déposer l'élément métallique 10 et le NbN par-dessus le guide d'onde diélectrique 38, dont l'indice doit alors être supérieur à celui du substrat 4. Ceci est schématiquement représenté en coupe longitudinale sur la figure 5A et en vue de dessus sur la figure 5B. On peut par exemple former le guide par implantation ionique dans un substrat de Al203 ou de MgO. On peut aussi utiliser un guide d'onde en arête (en anglais, ridge waveguide) en LiNbO3r que l'on forme sur le substrat. On sait que l'épitaxie de films de LiNbO3 sur Al2O3 et sur MgO est possible. En ce qui concerne le guidage et la focalisation du plasmon, une propagation sur plusieurs dizaines de micromètres, avec un excellent confinement latéral, ainsi qu'une focalisation par une terminaison triangulaire ont été obtenues sur des guides d'ondes de quelques micromètres de largeur en argent (voir [Weeber 01]), et en or (voir [Krenn 02]). Un autre exemple de couplage par la tranche est schématiquement illustré par la figure 6A qui correspond à un mode de réalisation préféré dans le cas d'un faisceau lumineux incident focalisé. En effet, la divergence angulaire de ce faisceau est importante, ce qui rend les techniques de couplage précédemment citées (avec une incidence oblique) limitées. Plus précisément, le faisceau limité par la diffraction (cas le plus favorable) a typiquement une largeur de quelques micromètres et ce faisceau est issu d'une fibre optique monomode ou d'une optique focalisante, par exemple un objectif de microscope. La divergence angulaire est importante (11 pour l'angle total à 1,55}gym), ce qui rend les techniques traditionnelles de couplage par ATR, en configuration Otto ou Kretschmann, ou de couplage par réseau, peu adaptées au couplage de la lumière vers un plasmon de surface, dont la résonance angulaire est fine et va typiquement de 0,1 à 1 . Pour résoudre ce problème, une solution consiste à coupler la lumière L(figure 6A) de la fibre optique (non représentée) par la tranche (couplage de type end-fire coupling ) d'un guide métallique G vers le mode à grande distance de propagation ou mode LRSP (pour long range surface plasmon ), qui existe en particulier pour un guide très fin (dont l'épaisseur e va de 5 à 10 nm) dans une structure symétrique, dont le substrat SB et le superstrat SP ont le même indice (voir le document [Nikolajsen 04]). La polarisation du faisceau lumineux à détecter doit être de type TM, c'est-à-dire perpendiculaire au guide G. Ce mode a la particularité d'avoir une extension spatiale importante et un profil de champ qui est compatible avec ceux d'une fibre optique monomode, pour une section de guide e x 1 typiquement égale à (5 nm à 10 nm) x( 5pm à 10}gym) . Ce guide métallique G joue le rôle d'un rail qui guide la lumière sans la confiner fortement. Les pertes de couplage mentionnées dans le document [Nikolajsen 04] se limitent à 10%, et l'on pourrait les réduire en remplissant l'espace compris entre la fibre et le guide par un milieu ayant un indice optique proche de celui du substrat, pour limiter la rétro-réflexion. Le guide métallique G est fait d'un métal noble, tel que l'argent ou l'or, métaux qui présentent un coefficient d'extinction faible, donc de faibles pertes par dissipation, ce qui autorise de grandes distances de propagation. Il convient de noter que la distance entre la fibre et le guide doit être inférieure à la distance de Rayleigh, égale 50}gym pour une fibre monomode à 1,55}gym. Le mode LRSP est ensuite confiné dans une section sub-micronique s du guide effilé (en anglais, taper ) que constitue le guide métallique G, à l'aide d'un effilement à angle faible, qui réalise une transition adiabatique (donc sans pertes ou presque) du LRSP vers un plasmon de surface localisé ([Stockman 04]). Le guide effilé G est relativement long (plusieurs centaines de micromètres). A son extrémité de sortie, la densité d'énergie est très importante du fait du confinement très fort du champ au moins dans le plan de la couche métallique constituant le guide, et peut être jusqu'à 1000 fois plus grande que la densité existant à l'entrée du guide ([Stockman 04]). Cette intensification du champ est intéressante pour transférer l'énergie de façon efficace au matériau absorbant (par exemple NbN) de l'élément de détection 39a en forme de bande rectiligne, dont la section el x 11 est également très petite et vaut typiquement (4 nm) x (100 à 200 nm). Sur les figures 6A et 6B, on voit aussi les contacts 39b qui sont prévus aux extrémités de la bande 39a. Si l'extrémité de sortie du guide effilé est plus large que l'épaisseur de ce guide, la polarisation reste de type TM tout au long du guide. On peut ainsi exciter un mode de plasmon localisé de la bande 39a en NbN que l'on place à proximité de l'extrémité de sortie du guide G, perpendiculairement à ce guide ([Weeber 99]). La longueur de cette bande 39a, formant un nanofil, est suffisamment grande pour absorber le plasmon (dans NbN, on peut choisir une longueur d'une dizaine de micromètres à une longueur d'onde de 1,55 pin), ou est fixée à un multiple de la moitié de la longueur d'onde du plasmon ([Schider 03]), de façon à constituer une antenne résonnante et en même temps absorbante. On peut réaliser une telle structure en déposant successivement sur le substrat, le guide, une couche très fine d'un matériau diélectrique puis la bande de NbN. D'autres techniques peuvent être envisagées, et par exemple basées sur l'hybridation. La bande 39a de NbN peut aussi être positionnée sous l'extrémité de sortie 40 du guide G, parallèlement à ce guide (figure 7). Le matériau absorbant (NbN dans l'exemple) absorbe l'onde évanescente qui circule à proximité du guide. Le fait d'utiliser un guide effilé permet d'augmenter le champ et donc de diminuer la longueur nécessaire de NbN. Remarquons que dans l'exemple de la figure 7, la bande 39a est en deux parties 39c et 39d, qui sont perpendiculaires l'une à l'autre, et seule la partie 39d est parallèle au guide G. Au lieu d'un guide effilé, une autre solution consiste à utiliser un guide droit à LRSP placé entre deux miroirs en tant que résonateur (figures 8A et 8B). Les deux miroirs (non représentés) sont deux miroirs réfléchissants, par exemple en or ou en argent, disposés en entrée ou en sortie de guide et par exemple déposés sur les facettes de la puce du détecteur. La longueur de ce guide droit 41 est un multiple de la moitié de la longueur d'onde du LRSP, elle-même très proche de la longueur d'onde dans le vide de la lumière détectée. La bande rectiligne 39a de NbN est placée au moins partiellement sous le guide 41, par exemple perpendiculairement à ce guide. Le LRSP subit de multiples allers-retours dans la cavité et il est partiellement absorbé dans le NbN à chaque passage. L'utilisation d'un mode LRSP permet d'éviter les pertes par dissipation dans le métal. Cette solution nécessite un contrôle précis des dimensions pour que la structure résonne à une longueur d'onde donnée. A titre d'exemple, on donne ci-après diverses valeurs numériques relatives à un détecteur conforme à l'invention: - épaisseur de l'élément de couplage 8: typiquement 10nm, éventuellement quelques nanomètres comme la bande supraconductrice 6; - largeur de l'élément de couplage: 15 quelques micromètres, largeur bien adaptée aux dimensions d'une fibre optique; longueur de l'élément de couplage: bien plus petite que la distance de propagation du plasmon; section de sortie de la pointe focalisante 28: sensiblement identique à celle de la bande supraconductrice 6 (quelques dixièmes de micromètres par quelques nanomètres) ; - longueur de la pointe focalisante 28: également inférieure à la distance de propagation du plasmon; la forme de cette pointe focalisante (forme triangulaire ou autre) est optimisée de façon à minimiser les pertes. On donne ci-après des précisions sur le guidage, l'absorption et la détection dans la bande 30 supraconductrice 6. Cette bande supraconductrice est un guide à plasmons avec pertes par absorption. Plusieurs configurations sont possibles: - nano-guide supraconducteur aligné avec le guide, ou élément métallique 8 (voir [Dickson 00] pour des nano-guides d'or ou d'argent) : cette configuration correspond aux exemples des figures 1A-1B, 2, 3, 4A-4B et 5A-5B; la lumière se propage dans la bande de NbN dans un mode plasmon guidé, à l'interface NbN/air ou NbN/substrat, suivant le couplage utilisé ; la longueur de ce nano-guide doit être supérieure à la longueur caractéristique de propagation du plasmon à l'interface entre NbN et l'air ou un diélectrique de bas indice, longueur qui est de l'ordre de 5 m à 10 m; nano-guide en NbN perpendiculaire au guide, ou élément, métallique: la bande de NbN se comporte alors comme un nano-fil qui guide la lumière et qui est attaqué par une polarisation parallèle à son axe [Weeber 99], selon un processus de type plasmon localisé ; la longueur du nano-guide est alors supérieure à la longueur de propagation; un exemple de détecteur correspondant à une telle configuration est schématiquement illustré par la figure 9A (vue en coupe longitudinale) et par la figure 9B (vue de dessus) ; on y voit la bande de NbN 6, l'élément métallique 42 pourvu d'une zone de focalisation 44, par laquelle l'élément 42 se raccorde à la bande 6, et le substrat 4 sur lequel est formé le détecteur. La détection de l'énergie portée par le 30 plasmon dans le supraconducteur peut se faire: - soit selon le principe d'un bolomètre à électrons chauds à seuil, le bolomètre étant alors polarisé par un courant sous-critique (voir [Korneev 04]) ; ce cas correspond à l'exemple de la figure 1C; soit par une jonction tunnel supraconductrice suivant le principe des récepteurs SIS (supraconducteur-isolant-supraconducteur), en supprimant le courant Josephson au moyen d'un champ magnétique; ce cas est schématiquement illustré par l'exemple de la figure 1E qui est une vue de dessus schématique et partielle d'une variante de la figure 1D; le supraconducteur peut être par exemple du NbN et l'isolant du MgO ou un nitrure de tantale dont l'épaisseur vaut typiquement 1 nm; dans l'exemple de la figure 1E, le pont 6 est ainsi remplacé par une jonction tunnel Josephson 6a qui est par exemple de type NbN-MgO-NbN; la couche I de MgO est alors comprise entre les deux couches II et III de NbN; l'une I I de ces deux couches de NbN est électriquement reliée à la zone 28 et l'autre couche III de NbN est reliée à la structure 26; - soit par détection du courant Josephson d'une jonction supraconductrice ou d'un SQUID (pour Superconducting Quantum Interference Device). D'autres matériaux que des supraconducteurs peuvent être envisagés pour la détection: on peut utiliser un matériau bolométrique, par exemple une manganite ou un cuprate, ou encore un matériau semiconducteur dont le gap (largeur de bande interdite) est adapté à la longueur d'onde du photon à détecter. De plus, l'élément de détection peut être constitué d'une seule couche du matériau considéré (par exemple dans le cas des bolomètres) ou constitué d'une multicouche (dans le cas d'une jonction tunnel supraconductrice et/ou d'une jonction Josephson ou d'une jonction tunnel magnétique). On considère dans ce qui suit le cas d'un faisceau lumineux incident collimaté. Avec un faisceau collimaté dont la largeur vaut au moins 100}gym, la divergence angulaire est réduite à moins de 1 et permet d'envisager un couplage efficace de la lumière vers un plasmon de surface, par une technique traditionnelle de couplage par réflexion totale atténuée (ATR), en configuration Otto ou Kretschmann, pour des couches métalliques planes. Le faisceau est alors en incidence oblique au-dessus de la structure. Cependant, avec un faisceau dont la largeur vaut typiquement 100} gym, il n'est pas possible de réaliser un couplage efficace vers un mode LRSP dont la résonance angulaire est extrêmement fine. On ne peut coupler efficacement la lumière que vers les modes qui sont confinés au niveau d'une seule interface métallique, à savoir une interface supérieure ou une interface inférieure (Otto/Kretschmann) ; or ces modes s'atténuent sur des distances caractéristiques qui sont inférieures à 100}gym. Dans ces conditions, l'énergie ne peut être transférée à l'élément absorbant. On peut alors envisager, comme le montrent les figures 10A et 10B, de fragmenter la zone de métal noble (par exemple Au ou Ag), couverte par le faisceau à détecter 45, en de multiples éléments de couplage 46 formant une matrice sur le substrat 47. En outre, deux éléments contigus 45 sont reliés par un pont filiforme 48 en NbN qui s'appuie sur deux jonctions NbN/métal, ayant chacune une aire de l'ordre de 1}=2, et qui absorbe l'énergie du plasmon. La figure 10C est une vue agrandie de l'un des ponts 48 en NbN, qui relie deux éléments ou cellules 46. Les deux jonctions NbN/métal correspondantes ont la référence 50 pour cette figure. Comme le transfert d'énergie d'une cellule métallique 46 vers un pont filiforme en NbN associé n'est pas optimisé du fait de l'absence de guide effilé, il faut choisir la longueur de la cellule, dans la direction du faisceau incident (ou, plus précisément, parallèlement au plan d'incidence du faisceau sur le substrat portant la matrice, ce plan étant repéré par la ligne I), pour que cette cellule soit un résonateur, et donc donner à cette longueur une valeur égale à un multiple de X/2, où X représente la longueur d'onde du faisceau, tout en donnant à cette longueur une valeur nettement inférieure à la distance de propagation du plasmon dans le métal de la cellule. A chaque passage du plasmon sp à l'extrémité de la cellule, l'énergie est transférée au NbN sous forme de plasmon localisé qui s'atténue très rapidement, au bout de quelques micromètres, ou est simplement absorbée par le NbN qui constitue un matériau absorbant. La largeur de la cellule est aussi un multiple de X/2 pour que la cellule résonne aussi dans la direction perpendiculaire à la précédente (plus précisément perpendiculaire au plan d'incidence du faisceau), afin de collecter efficacement l'énergie pour tenir compte de la largeur angulaire du faisceau également dans cette direction, même si cette largeur est réduite. D'un point de vue électrique, toutes les cellules 46 d'une même colonne de la matrice peuvent être reliées en série et être traversées par le même courant de polarisation. Une telle configuration est utilisée dans l'exemple de la figure 10A, où l'on voit en outre deux contacts 51 qui sont respectivement formés aux deux extrémités du circuit ainsi obtenu. Toutefois, d'autres configurations électriques sont envisageables. La longueur cumulée de NbN est très courte (quelques micromètres) car l'espace entre deux cellules est très faible, inférieur à 1}gym. On donne dans ce qui suit des indications sur un procédé de fabrication d'un détecteur monolithique de photon unique incluant les couches et structures qui permettent la photogénération d'un plasmon de surface, la propagation de ce dernier et la détection de ce plasmon par un élément de type HEB en NbN. Les étapes du procédé de fabrication d'un tel détecteur bolométrique supraconducteur HEB en NbN sont données ci-après. On peut également se référer au document [Romestain 2004]. 1. Préparation du support, ou substrat, en vue d'y déposer la couche très mince du supraconducteur (NbN) et d'y réaliser la structure du détecteur On utilise typiquement un substrat monocristallin de corindon ou saphir, dont l'orientation cristalline est de préférence plan-R (1102). La face sur laquelle le dépôt des couches du bolomètre seront effectuées possède un poli de qualité épitaxiale, adapté à l'épitaxie du silicium. On peut aussi utiliser un substrat SOS dont le diamètre vaut typiquement environ 75 mm. Ce diamètre peut aller jusqu'à 300 mm. Des surfaces et formes différentes du substrat sont également possibles. On procède à un nettoyage de la surface du substrat, typiquement par immersion de ce dernier dans un bain d'acétone, puis dans un bain d'alcool, puis par exposition à des ultrasons. En variante on procède à un traitement de surface à haute température du substrat, cette température étant typiquement supérieure à 1000 C, afin de reconstruire la qualité cristalline de sa surface. D'autres substrats monocristallins peuvent être utilisés, par exemple des lames monocristallines d'oxydes dont la maille cristalline ne présente pas un trop fort désaccord de paramètre avec celle de la couche en NbN dont le paramètre de maille a vaut environ 0,44 nm. On peut par exemple utiliser des lames monocristallines d'oxydes en phase cubique de type NaCl ou B1, comme MgO (a environ 0,42 nm), ou des substrats en LaA1O3 ou en Zr02-Y203 On peut également utiliser des substrats monocristallins de fluorures tels que CaF2 par exemple. On peut aussi utiliser des lames faites de semiconducteurs tels que le silicium ou le germanium, ou des structures SOI. Cependant, l'emploi de substrats semiconducteurs tels que le silicium nécessite d'effectuer une combinaison de traitements de surface spécifiques ex-situ et in-situ avant de réaliser l'étape suivante. 2. Dépôt de la couche active très mince du détecteur, en nitrure de niobium, par pulvérisation cathodique La couche supraconductrice de NbN, ayant quelques nanomètres d'épaisseur et des propriétés supraconductrices reproductibles (température critique de l'ordre de 10K, ou supérieure à 10 K, pour une épaisseur d'environ 3,5 nm), et constituant l'élément critique du détecteur, peut-être obtenue par une pulvérisation cathodique magnétron continue d'une cible de niobium de haut degré de pureté (>99, 99 %), dans un mélange d'argon et d'azote, lorsque le substrat (du type saphir-plan-R ou autre suivant les critères définis dans le paragraphe 1) est porté uniformément à une température de l'ordre de 600 C pendant le dépôt. Pour les conditions du dépôt ainsi que la procédure de nitruration de la cible de niobium, on se reportera à [Villégier 01]. Une étape de dégazage de la chambre de pulvérisation permet d'obtenir la qualité de vide requis pour le dépôt. Il convient de noter que le matériau-cible est de préférence le niobium mais que d'autres variantes décrites dans la littérature permettent de stabiliser d'autres fines couches supraconductrices par exemple de niobium, TiN, MoN ou YBaCuO. Une couche passivante de surface (dans le cas présent, une très mince couche de nitrure d'aluminium amorphe) est déposée sur la couche de nitrure afin que les propriétés électriques, physico-chimiques, mécaniques et optiques de la couche très mince de nitrure de niobium ne soient pas altérées ultérieurement par la formation d'une fine couche d'oxyde (hydroxyde ou/et carboxyde) natif ou/et thermique. A ce sujet, on se reportera au document [Romestain 2004]. 3. Lithographie du nano-pont HEB-NbN (taille environ l0 mx100nmx4nm) par insolation électronique On utilise une résine (en anglais, resist) positive ou négative, qui est sensible aux électrons. L'épaisseur de cette résine peut aller de 50nm à 500nm mais dépend de la nature de la résine. On peut utiliser une résine qui disparaît après révélation dans les zones insolées par les électrons. Dans ce cas, on inscrit la forme à découper dans la résine et cette forme est ensuite découpée dans la couche très mince de NbN au moyen d'une gravure RIE, c'est-à-dire d'une gravure ionique réactive (en anglais reactive ion etching), à l'aide d'un gaz de type SF6. On retire ensuite la couche de résine restante par la même technique, au moyen d'un plasma d'oxygène (délaquage). En variante, on peut utiliser une lithographie électronique en polarité inverse. On décrit alors le pont de NbN et les plots de contact par une insolation électronique qui durcit la résine. En prenant l'exemple de la figures 1D, le pont de NbN correspond à la référence 6 sur cette figure. Les plots de contact correspondent à la référence 2 sur cette figure et servent à la connexion de la structure de masse 26, de la structure de propagation des signaux 27 et de la structure de couplage optique 8. Selon une autre variante, on utilise une lithographie optique à l'aide d'un rayonnement ultraviolet profond, c'est-à-dire un rayonnement dont la longueur d'onde est inférieure à 0,3}gym. Une telle lithographie permet aussi d'obtenir la dimension de pont souhaitée Selon une autre variante, on forme un nanopont en NbN par anodisation du NbN sous la pointe d'un microscope à force atomique. Un exemple de procédé est schématiquement illustré par les figures 11A à 11E. On forme d'abord une couche 60 de NbN sur un substrat 62 en saphir plan-R. Pour ce faire, on effectue un dépôt épitaxial de NbN par pulvérisation cathodique continue à 600 C (figure 11A). On dépose ensuite une couche de résine électronique positive 64 sur la couche de NbN 62 (figure 11B). Puis on grave cette couche 64 par un faisceau d'électrons pour définir la forme souhaitée pour l'élément de NbN utilisé dans le détecteur. Ensuite, on effectue une gravure ionique réactive fluorée du NbN (figure 11C). Puis on élimine la résine restante 66 au moyen d'un plasma d'oxygène (figure 11D). On obtient ainsi l'élément souhaité en NbN 68 sur le substrat 62. On dépose ensuite des contacts en or 70 et 72 (figure 11E) aux deux extrémités de cet élément par une technique de pelage (en anglais, lift off), par immersion dans un solvant, par exemple l'acétone. 4. Formation de la structure de génération du plasmon de surface, de polarisation en courant continu et de propagation coplanaire du signal détecté au moyen de dépôt(s) de couche(s) d'or ou d'alliages appropriés, à travers un masque de pelage (en anglais, lift-off). Cette étape consiste à amener une ou plusieurs couches d'or structurées sur la couche de NbN, de façon adaptée. Ces couches serviront à l'absorption du photon converti en plasmon, à sa propagation et à la mise en oeuvre électronique du détecteur. Des dépôts successifs de couches d'épaisseur adaptée permettent d'améliorer le couplage et la propagation du plasmon. En outre, on procède à un contrôle des éléments critiques du détecteur HEB en NbN. Les principaux paramètres des couches et structures résultant du procédé mis en oeuvre sont estimés au moyen d'outils de caractérisation physico-chimique et de mesure, du genre de ceux que l'on utilise en microélectronique, notamment pour faire des mesures d'épaisseurs nanométriques à l'aide de rayons X rasants, ou d'une diffraction par rayons X (en anglais, X-ray diffraction). Un détecteur conforme à l'invention n'est pas limité à la détection d'un photon unique: un tel détecteur permet de détecter jusqu'à une dizaine de photons. De plus, dans la présente invention, on peut utiliser des épaisseurs de NbN supérieures à celles qui ont été données dans les exemples. De plus, d'autres supraconducteurs que le NbN sont utilisables, par exemple d'autres phases de nitrures supraconductrices ou encore des phases de cuprates supraconductrices à haute température. On peut citer à titre d'exemple MoN, TaN, TiN, VN, MgB2, Yba2Cu3O7_X, ReBa2Cu3O7-X, TiNNb, MoGe, MoRe, NbSi et HgBaCaCuO. Plus généralement, comme on l'a déjà mentionné, on peut utiliser d'autres matériaux que des supraconducteurs. On peut en effet utiliser n'importe quel matériau capable de détecter une faible énergie lumineuse et de restituer un signal électrique correspondant à cette énergie, par exemple un matériau bolométrique ou un matériau semiconducteur. Ce matériau peut se présenter sous la forme d'une monocouche ou être utilisé dans un empilement constitutif d'une jonction tunnel et/ou Josephson, cet empilement étant par exemple du type NbN/MgO/NbN ou NbN/MgO/NbN ou manganite/couche de barrière/manganite, ou encore métal ferromagnétique/couche de barrière/métal ferromagnétique. Les documents cités dans la présente description sont les suivants: [FR 2812455] FR 2812455 A, invention de R. Sobolewski et al. (Schlumberger and Rochester University, 2/2002) [Dickson 00] R. M. Dickson et al., "Unidirectional plasmon propagation in metallic nanowires", J. Phys. Chem. B 104, 6095(2000) [Ditlbacher 03] H. Ditlbacher et al., "Efficiency of local light-plasmon coupling", Appl. Phys. Lett. 83, 3665 (2003) [Gol'tsman 03] Gol'tsman et al., "Fabrication of Nanostructured Superconducting Single Photon Detectors", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 13(2), 192, June 2003 [JPL 03] D. Jackson, J. Stem, "High bandwidth, improved quantum efficiency detector development formulti GHz class OKD throughput", Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Single Photon Detector Workshop, NIST Gaithersburg, 4/2003 [Korneev 03] A. Korneev et al., "GHz counting rate NbN single-photon detector for IR diagnostics of VLSI CMOS circuits", Microelectronics Engineering 69, 274 (2003) [Korneev 04] A. Korneev et al. , "Sensitivity and gigahertz counting performance of NbN superconducting single-photon detectors", Appi. Phys. Lett. 84, 5338 (2004) [Krenn 02] J. R. Krenn et al., "Non-diffraction Iimited light transport by gold nanowires", Europhysics Letters, 60, 663 (2002) [LeCoupanec 03] P. LeCoupanec, W.K. Lo, K. R. Wilsher, "An ultra-low dark count and jitter, superconducting, single-photon detector for emission timing analysis of integrated circuits", Microelectronics Reliability", 43 (2003), 1621 [S.J. McNab 03] S.J. McNab et al., "Ultralow loss photonic integrated circuit with membrane-type photonic crystal waveguides", Optics Express 11(22), 2927 (2003) [Nikolajsen 04] T. Nikolajsen et al., Polymer-based surfaceplasmon-polariton stripe waveguides at telecommunications wavelengths , Appl. Phys. Lett. 82, 668 (2004) [Romestain 2004] R. Romestain et al., Fabrication of superconducting niobium nitride hot electron bolometer for single photon counting , New Journal of Physics, 6, 129, 2004 [Schider 03] G. Schider et al., Plasmon dispersion relation of Au and Ag nanowires , Phys. Rev. B 68; 155427 (2003) [Stockman 04] M.I. Stockman, "Nanofusing of optical energy in tapered plasmonic wageguides", Phys. Rev. Lett. 93, 137404 (2004) [Verevkin 03] A. Verevkin et al., "GHz-Rate Superconducting Photon Counting Detector", Single Photon Detector Workshop, NIST Gaithersburg, 4/2003 [Villégier 01] J.C. Villégier et al., IEEE Transactions on applied superconductivity 11 (2001), 68 [Weeber 99] J.C. Weeber et al., "Plasmon polaritons of metallic nanowires for controlling submicron propagation of light", Phys. Rev. B 60 (12), 9061 [Weeber 01] J.C. Weeber et al., "Near-field observation of surface plasmon polariton propagation on thin metal stripes", Phys. Rev. B 64, 045411(2001) REVENDICATIONS 1. Détecteur optique, destiné à détecter au moins un photon, ce détecteur comprenant un substrat diélectrique (4, 47, 52, 62, SP) et, sur ce substrat, au moins un élément de détection (6, 6a, 39a, 48, 50, 68) qui est prévu pour engendrer un signal électrique à partir de l'énergie du ou des photons reçus, ce détecteur étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un élément de couplage (8, 42) qui est formé sur le substrat, est distinct de l'élément de détection et comprend un élément métallique (10, 41, 42, 46, G), prévu pour engendrer un plasmon de surface par interaction avec le ou les photons et pour guider ce plasmon de surface jusqu'à l'élément de détection (6, 6a, 39a, 48, 50, 68) qui absorbe alors l'énergie de ce plasmon de surface. 2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel l'élément de détection forme une bande mince et courte. 3. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'élément de détection comprend une monocouche d'un matériau qui est choisi parmi les matériaux bolométriques et les matériaux supraconducteurs. 4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel l'élément de détection comprend une multicouche supraconductrice formant une jonction tunnel et/ou une jonction Josephson (6a). 5. Détecteur selon la revendication 4, dans lequel la jonction tunnel est une jonction tunnel magnétique. 6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de détection et l'élément métallique (10) sont sensiblement rectilignes et l'élément métallique se prolonge longitudinalement par l'élément de détection (6, 6a). 7. Détecteur selon la revendication 6, dans lequel l'élément métallique (10) a une première largeur et l'élément de détection (6, 6a) a une deuxième largeur qui est inférieure à la première largeur, et l'élément métallique se raccorde à l'élément de détection par une extrémité (28). 8. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément de détection et l'élément métallique (42) sont sensiblement rectilignes et l'élément de détection (6) est perpendiculaire à l'élément métallique. 9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la génération du plasmon de surface est obtenue par couplage dans une configuration de type Otto ou de type Kretschmann ou par couplage au moyen d'un réseau de diffraction (36), qui est formé sur l'élément métallique (10), ou au moyen d'un guide d'onde diélectrique (38) qui est formé sur l'élément métallique (10) ou qui est formé entre ce dernier et le substrat (4) et a un indice de réfraction supérieur à celui du substrat. 10. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre une fibre optique (11) pour transporter le ou les photons en vue du couplage. 11. Détecteur selon la revendication 10, dans lequel l'extrémité (30) de la fibre optique est clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Otto. 12. Détecteur selon la revendication 10, dans lequel l'extrémité (30) de la fibre optique est clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Kretschmann et l'indice de réfraction du substrat (4) est inférieur à celui du coeur de la fibre optique (11). 13. Détecteur selon la revendication 10, dans lequel l'extrémité (30) de la fibre optique est clivée selon un angle de clivage qui permet la génération du plasmon de surface par couplage dans la configuration de type Kretschmann et l'indice de réfraction du substrat (4) est supérieur à celui du coeur de la fibre optique (11), et une couche diélectrique, dont l'indice de réfraction est supérieur à celui du substrat, est prévue sur l'élément métallique (10), entre ce dernier et la fibre optique. 14. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel l'élément métallique (41, G) de l'élément de couplage constitue un guide destiné au couplage d'un faisceau lumineux incident focalisé, formé par le ou les photons, vers un plasmon de surface à grande distance, ce couplage se faisant par la tranche du guide, en une première extrémité de celui-ci. 15. Détecteur selon la revendication 14, dans lequel le guide est un guide effilé (G) dont la deuxième extrémité (s) est moins large que la première extrémité. 16. Détecteur selon la revendication 15, dans lequel l'élément de détection (39a) est sensiblement rectiligne, placé en regard de la deuxième extrémité du guide (G) et perpendiculaire à cette deuxième extrémité. 17. Détecteur selon la revendication 15, dans lequel au moins une partie (39d) de l'élément de détection (39a) est sensiblement rectiligne et cette partie est placée sous la deuxième extrémité du guide (G), parallèlement à cette deuxième extrémité. 18. Détecteur selon la revendication 14, dans lequel ce guide est un guide droit (41) à plasmon de surface à grande distance, placé entre deux miroirs à plasmon, et l'élément de détection (39a) est sensiblement rectiligne et placé au moins en partie sous ce guide. 19. Détecteur selon la revendication 1, comprenant un ensemble d'éléments de couplage (46) et un ensemble d'éléments de détection (48), l'ensemble des éléments de couplage formant une matrice d'éléments sur le substrat (47) et étant destiné au couplage d'un faisceau lumineux incident collimaté, formé par le ou les photons, ce couplage ayant lieu par réflexion totale atténuée, en configuration Otto ou Kretschmann, et dans lequel chacun des éléments de détection constitue un pont qui relie deux éléments de couplage adjacents. 20. Détecteur selon la revendication 19, dans lequel chaque élément de couplage (46) constitue un résonateur suivant une direction parallèle au plan d'incidence du faisceau lumineux sur le substrat. 21. Détecteur selon la revendication 20, dans lequel chaque élément de couplage (46) constitue en outre un résonateur suivant une direction perpendiculaire au plan d'incidence du faisceau lumineux sur le substrat. 22. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, dans lequel chaque élément de détection (6, 6a, 39a, 48, 50, 68) comprend une phase de nitrure supraconductrice. 23. Détecteur selon la revendication 22, dans lequel cette phase est du nitrure de niobium.