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RCMO
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Recherche en matériaux, technologies et composants
de Couches Minces Optiques
Thématique 2 – Matériaux
Matériaux photosensibles
L’objectif de nos recherches dans le domaine des matériaux photosensibles
est de rendre possible, en particulier au niveau des filtres bande étroite,
une opération de type laser trimming,
c’est-à-dire un ajustement, a posteriori et par procédé laser, de la valeur
de la longueur d’onde de centrage de ces filtres. Cet ajustement serait dans
son principe analogue à celui que l’industrie des semi-conducteurs met en
œuvre sur les résistances ou les capacités à films entrant en jeu dans la
constitution des circuits oscillants de très grande précision, ce qui
explique la désignation (laser trimming) utilisée.
Il deviendrait ainsi possible de réaliser des filtres à bande étroite ultra-homogènes (c’est-à-dire dont la longueur d’onde
centrale serait identique à une valeur donnée sur la totalité de la surface
du composant) ou des filtres variables dits « en marches d’escalier »
(c’est-à-dire des filtres dont les variations spatiales de la longueur d’onde
centrale présenterait, dans une direction donnée de l’espace, une succession
de paliers de valeurs régulièrement croissantes.)
Ces études ont nécessité le développement d’un banc de caractérisation
permettant de réaliser à la fois une cartographie absolue de l’épaisseur
optique d’une lame transparente avec une précision meilleure que le nanomètre
et l’enregistrement de la dépendance
spatiale de la longueur d’onde centrale d’un filtre à bande étroite
(résolution spectrale du picomètre, résolution spatiale ajustable entre 100
microns et 1 mm).
Banc de caractérisation de la photosensibilité
Cartographie d’épaisseur optique d’une lame de silice
Réponse photosensible d’une lame de silice dopée germanium
Publications
”Localized measurement of
the optical thickness of transparent window – Application to the study of the
photosensitivity of organic polymers”, Lumeau J., Lequime M., Applied Optics 45 6099-6105 (2006)
”Laser trimming of
thin-film filters”, Lequime M., Lumeau J., Advances in Optical Thin Films II
60-69 Jena SPIE (2005)
”Mesure locale de l’épaisseur optique
d’une lame transparente - Application à l’étude de la photosensibilité de
polymères organiques”, Lumeau J., Lequime M., Horizons de l’Optique Chambéry
SFO (2005)
Propriétés thermo-optiques et opto-mécaniques des matériaux en couches minces
L’approche théorique que nous avions proposée en 2002 pour décrire le
comportement de filtres optiques interférentiels soumis à des sollicitations
d’origine mécanique ou thermique avait mis en évidence l’importance pour
cette description d’un ensemble de paramètres physiques (tels que le
coefficient de Poisson, le coefficient de dilatation thermique, le
coefficient thermo-optique ou les éléments du tenseur élasto-optique)
et la nécessité d’une mesure précise de leurs valeurs sur les matériaux en
couches minces les plus usuels. La connaissance de ces paramètres permettrait
non seulement de prédire la sensibilité d’un filtre vis-à-vis de
sollicitations extérieures, mais aussi de délimiter de manière objective son
domaine d’utilisation, c’est-à-dire les plages de température et de
contraintes à l’intérieur desquelles les performances de ce filtre se
trouveront garanties.
Une thèse a donc démarré dans notre équipe sur cette thématique (Sébastien Michel –
Bourse MEN 2004-2007) et a conduit à la définition d’une méthode de mesure
adaptée à la réalisation de tels objectifs (mesure différentielle à très
haute résolution de l’évolution sous chargement de l’épaisseur, physique et
optique, d’une monocouche déposée sur des substrats de propriétés variées).
Structure d’épreuve
Système de mesure
Matériaux nano-composites
Dans le cadre d’une coopération avec l’Ecole Polytechnique de Montréal
(Thèse en co-tutelle de Jean-Michel Lamarre, 2004-2007), nous avons entrepris
de développer et de caractériser des monocouches de matériaux nano-composites constitués par l’inclusion de nano-sphères métalliques d’or dans une matrice
diélectrique de silice. Ces couches nano-composites
sont en effet susceptibles d’être utilisées comme interrupteurs optiques ou
comme senseurs biochimiques. Nous sommes en outre capables de déformer les nano-sphères incluses dans la matrice hôte en nano-ellipsoïdes, grâce à une exposition de la couche à
un faisceau d’ions de forte énergie. Le comportement optique anisotrope de
ces monocouches a été étudié en régime linéaire (résonances plasmons de surface mis en évidence par
spectrophotométrie et ellipsométrie) et non-linéaire (absorption et variation d’indice non-linéaires étudiées respectivement par P-scan et Z-scan). L’influence
du métal et de la matrice hôte sur les propriétés du composant est en cours
d’analyse (remplacement de l’or par de l’argent et de la silice par du
pentoxyde de tantale).
Nanocomposite Or-Silice
Permanents : Cihan Koc , Frederic Lemarquis , Michel Lequime , Fabien Lemarchand , Laetitia Abel , Christophe Hecquet , Dragan Stojcevski , Thomas Begou ,
Doctorants : Marie-maude Denus-baillargeon , Stephane Sorce , Lihong Gao , |
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