20 Décembre – Soutenance de thèse - Miguel Diez

10 h Amphi 3 - bâtiment A9 (Université de Bordeaux / campus de Talence)

Étude d'un système optique intégré en polymère pour application comme capteur environnemental.

Les guides d'ondes optiques, les résonateurs en anneau et les coupleurs à réseau fabriqués à partir de polymères nanostructurés sont maintenant considérés comme des technologies prometteuses pour les systèmes de détection biophotoniques intégrés. De manière générale, la structuration des polymères à une échelle inférieure au micron nécessite l'utilisation d‘équipements très coûteux tels que la lithographie par faisceau d'électrons. De nos jours, la structuration directe et rapide de dispositifs polymères à indice de réfraction élevé sur CYTOP est réalisable et fournit des guides d’ondes symétriques en contact avec l'eau. De plus, la transparence des polymères rend ces dispositifs adaptés à un fonctionnement dans le visible, étant d'un intérêt majeur pour la biophotonique. Dans cette thèse, nous proposons deux axes de recherche: le processus de fabrication et de caractérisation de nanostructures polymères sub-longueur d'onde sur CYTOP ainsi qu’une démonstration théorique de l'utilisation de ces structures pour la micro-spectrométrie visible. Les nanostructures optiques proposées sont composées d’un résonateur optique avec des coupleurs de réseaux sub-longueur d'onde. Les périodes du réseau sont inférieures à 300nm de manière à coupler efficacement la lumière,sur un seul ordre de diffraction, dans des guides d'ondes monomodes de 350nm x 350nm. L'ensemble du dispositif est imprimé en une seule étape à l'aide d'une méthode de lithographie dite à empreinte douce (NanoImprintLithography) qui consiste à comprimer un tampon sur une couche de polymère. Le dispositif fabriqué présente une couche résiduelle minimale (<50 nm) obtenue grâce à une conception spécifiquedu tampon principal afin d'améliorer le flux de polymère lors de la phase de compression. Les différentes caractérisations effectuées, à la fois sur la couche de polymère et sur le dispositif imprimé, montrent un bon accord avec les valeurs prédites par simulation. Cependant, une caractérisation ellipsométrique rigoureuse du coefficient thermo-optique suggère différents mécanismes d'instabilité de ces dispositifs sous cyclage thermique. Les performances de ces dispositifs en tant que micro-spectromètres à absorption sont démontrées analytiquement et par simulation, quelle que soit la plate-forme ou la longueur d'onde d’utilisation. Finalement, outre la description du processus de fabrication, nous fournissons un ensemble de règles de conception basées sur l'optimisation théorique du résonateur en anneau pour la masure du coefficient d'absorption d’un liquide.

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