Cette journée thématique a rassemblé 35 participants dont vous trouverez la liste ci après :

Le programme associé à cette journée est présenté dans la brochure suivante :

Nous présentons une technique de microscopie laser, simple à mettre en œuvre, de microfabrication 3D de matériaux polymères, métalliques et biologiques par photochimie initiée par absorption non linéaire au point focal du laser. Les réactions photochimiques localisées en 3D sont obtenues avec une résolution sub-micronique grâce aux intenses puissances crêtes que permettent les impulsions sub-nanosecondes des microchips lasers Nd:YAG. Les microstructures tri-dimensionnelles sont obtenues par « écriture laser » de leurs contours, par balayage XYZ du point focal, à l'aide d'un logiciel de calculs de trajectoires 3D.

Dans un premier temps, la polymérisation induite par excitation à deux photons de photo-initiateurs dans des résines commerciales nous a permis de réaliser des microsondes manipulées par pince optique pour la microfluidique. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé les réactions de photoréduction pour fabriquer des microstructures métalliques par photo-précipitation au point focal du laser de métaux neutres (insolubles) à partir de leur forme ionique très soluble. Récemment, nous avons commencé à réaliser des microstructures à base de protéines par photoréticulation des fonctions amines pour étudier et contrôler l'adhésion et la propagation de cellules vivantes pour les recherches fondamentales et les applications de biophotonique/biotechnologie. Les technologies et les processus de fabrication qui ont été développés pour ces recherches académiques ont donné lieu à la réalisation d'un module de microfabrication 3D pour microscope qui est commercialisé sous licence par TeemPhotonics.

Les réseaux résonants associent généralement une structure périodique avec un guide d'onde pour donner lieu à des effets amplifiés tels que des réflexions ou transmissions résonantes dans l'ordre 0 ou dans un ordre diffracté. Quelques exemples d'applications dans le domaine des bio-capteurs ou des codeurs de rotation seront présentés après une explication du principe mis en œuvre.

Après avoir mis sur le marché une première ligne de produits pour le contrôle de la focalisation, Varioptic a développé une lentille liquide capable de corriger aussi du tilt dans 2 directions de l’espace, en plus du focus. Cette lentille permet d’activer de nombreuses applications innovantes dans divers domaines de la microoptique, et en particulier pour réaliser des autofocus rapides et la correction de bougé des microcaméras

L’interférométrie astronomique regroupe les techniques d’observation stellaire basées sur la recombinaison cohérente de faisceaux provenant de plusieurs télescopes. L’avantage principal de cette technique est la possibilité d’obtenir une résolution angulaire bien supérieure à celle des télescopes utilisés, au prix d’une complexité instrumentale plus importante.

Dans le but de simplifier l’optique de ces instruments complexes, le CEA-LETI collabore avec l’institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (IPAG) sur une approche originale consistant à utiliser des composants optiques intégrés issus d’une technologie initialement développée pour les télécommunications optiques.

De part leur nature (guidage optique monomode), ces composants permettent de s’affranchir de la turbulence atmosphérique, apportent un gain de plus d’une décade en précision de mesure, ont une bien meilleure stabilité et fiabilité instrumentale permettant d’optimiser le temps d’observation, ainsi qu’une plus grande facilité de mise en œuvre comme le montre le dernier instrument basé sur cette approche et récemment installé au VLTI.

La principale limitation de la technique réside dans le fait que la complexité et la taille de ces puces dites « recombineur » augmentent considérablement en fonction du nombre de télescopes. L’utilisation des récentes avancées en photonique silicium ouvrirait la voie à une intégration bien supérieure et à de nouvelles fonctions comme par exemple l’intégration des détecteurs sur puce, des fonctions optiques actives, ou encore une séparation spectrale intégrée.

SWIFTS est une aventure qui aura permit de transmettre une idée nouvelle, issue de la recherche universitaire sur les spectromètres utilisés par les Astronomes pour observer l'univers, au monde industriel de la mesure.

SWIFTS est un spectromètre miniature dans lequel l'optique est réduite à sa plus simple expression : un guide optique fermé par un miroir, et une série de nanodétecteurs répartis le long de ce guide dans le champ évanescent. Les détecteurs captent la figure d'interférence crée par la réflexion sur le miroir. Ce spectromètre, complètement intégré, n'a aucune pièce mobile, et pourtant il présente des performances qui n'ont rien à envier à ses prédécesseurs ...
 

Résumé prochainement

Le CEA-LETI s’intéresse à l’utilisation de la plasmonique pour l’amélioration des performances de dispositifs optiques, dans des domaines d’application très variés tels que l’éclairage, l’imagerie, le stockage de masse, la photonique intégrée sur Silicium, ou le photovoltaïque. En effet, l’utilisation de métaux nanostructurés supportant des résonances plasmoniques associées à des concentrations de champ électromagnétique très importantes, permet d’obtenir, par exemple, de meilleures efficacités d’émission de lumière pour les LEDs, des filtres colorés plus minces pour les imageurs, de plus forte densités de stockage de données, et d’une manière générale des dispositifs optoélectroniques plus miniaturisés et à plus faible consommation d’énergie. Nous avons pour cela développé des compétences en termes de simulation électromagnétique, de caractérisation optique des dispositifs, et une filière de fabrication grande échelle dans l’environnement microélectronique que constitue la plateforme du CEA-LETI.

Nous mettrons l’accent sur quelques réalisations marquantes de ces deux dernières années. Nous avons montré, en collaboration avec l’Université Technologique de Troyes (UTT), qu’une manière efficace de collecter les photons et de les forcer à passer à travers un trou nanométrique dans une couche métallique (pour réaliser par exemple une tête de stockage optique dense) peut consister à aménager autour du trou une cavité micronique entourée de réseaux métalliques concentriques. La concentration de lumière peut également s’avérer intéressante pour la photodétection dans des volumes de collection de charges réduits, permettant une réduction significative du courant de bruit des photodétecteurs, tout en conservant une efficacité quantique de détection significative. Enfin, les plasmons sont également d’intérêt pour l’optoélectronique intégrée CMOS. Des coupleurs efficaces ont été réalisés entre d’une part des guides optique conventionnels en silicium, et d’autre part des guides plasmoniques très denses, ce, aux longueurs d’ondes des télécommunications (1.3-1.5 µm), selon un procédé totalement compatible avec la technologie CMOS.

L'impact potentiel des ondes sur le vivant, la mesure de l'efficience énergétique et le monitoring des réseaux électriques sont autant de défis pour lesquels une mesure non perturbatrice de champ électrique est nécessaire. La société Kapteos développe des solutions optiques de mesure de champ électrique et de température basées sur l'effet Pockels et utilisant des capteurs optiques fibrés ultra-compacts. L'ensemble des capteurs développés exploitent la modification d'état de polarisation d'un faisceau laser de sonde venant interagir avec un cristal électro-optique placé à l'extrémité du capteur. Ces capteurs présentent une ultra large bande passante (20 Hz - 20 GHz) : ils permettent de mesurer de manière vectorielle (amplitude et phase) une composante donnée du vecteur champ électrique. L'absence de perturbation apportée par le capteur autorise des mesures en champ proche et leur résolution spatiale submillimétrique permet de réaliser des cartographies de champ électrique à haute résolution d'antennes planaires et circuits électroniques. De surcroît la non saturation de la réponse des capteurs en très fort champ autorise la mesure de décharges partielles ainsi qu'au sein d'arcs électriques. Ces capteurs optiques fibrés peuvent être immergés dans des liquides biologiques, huiles, … et ils permettant également de mesurer la température avec une résolution pouvant atteindre 3 mK dans certains cas de figure. De nouvelles sondes polarimétriques autorisant la mesure simultanée de deux composantes du vecteur champ électrique ont également été développées. Elles permettent de caractériser en temps réel l'état de polarisation d'ondes hyperfréquences par exemple.

L’optique adaptative permet de corriger des aberrations optiques statiques et dynamiques. Le premier domaine d’application civile a été l’astronomie afin de compenser les aberrations introduites par les mouvements de l’atmosphère. Progressivement, ce principe de correction s’est développé pour d’autres domaines d’applications : imagerie rétinienne, mise en forme de faisceaux LASER, microscopie, etc.

Après avoir présenté le principe de l’optique adaptative, la présentation abordera l’état de l’art actuel et la difficulté de rassembler des techniques et savoir-faire fort différentes (micro-électroniques, informatique et optique) dans ces micro-systèmes.

D’autre part, quelques grandes tendances et avancées dans ce domaine et qui sont susceptibles de favoriser un large développement de l’optique adaptative seront présentées.