Instrumentation et procédés photoniques

Cette équipe regroupe les activités de recherche dans le domaine de l’interaction entre le rayonnement photonique et les milieux micro- et nanostructurés, avec l’objectif d’en extraire une information ou de modifier le matériau pour lui conférer une fonction particulière. Les domaines d’application sont la mesure, l’instrumentation et les procédés laser. Quatre thèmes sont développés.
 

Modélisation et simulation photonique

L’évolution vers les échelles micro- et nanoscopiques nécessite des outils de simulation basés sur l’optique physique. Nos travaux s’appuient sur des outils allant de logiciels comme CodeV ou LightTools jusquà des algorithmes vectoriels rigoureux tels que la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD pour « Finite Difference in Time Domain »), la méthode des éléments finis (FEM pour « Finite Element Method ») ou la méthode du spectre des modes rayonnés (RSM pour « Radiation Spectrum Method »). Nos efforts portent particulièrement sur l’interaction d’un faisceau lumineux avec des structures de taille inférieure à sa longueur d’onde. Pour cela nous développons des outils spécifiques. Les composants étudiés entrent dans la réalisation de systèmes de mesure pour des applications médicales ou servent au contrôle de procédés photoniques.
 

Microscopie interférométrique

La microscopie interférométrique à balayage est une technique puissante, basée sur l’imagerie en champ lointain et l’interférométrie, pour l’extraction d’informations sur les micro- et nanostructures présentes dans les matériaux, composants et microsystèmes complexes. Les deux directions explorées sont la microscopie 4D et la caractérisation des couches complexes.
La microscopie 4D (3D+temps) permet la mesure 3D en temps réel des surfaces qui évoluent au cours du temps, comme dans les matières molles, les microsystèmes électromécaniques (MEMS pour « MicroElectroMechanical Systems ») et les réactions chimiques de surface.
La seconde thématique relève le défi d’utiliser l’interférométrie pour la caractérisation de couches épaisses, semi-transparentes ou translucides comme l’hydroxyapatite (un biomatériau), les colloïdes et les polymères. Ces techniques sont utiles également pour caractériser les composants photoniques nanostructurés développés dans le thème suivant.
 

Conception micro- et nanophotonique instrumentale

Ce thème recouvre les travaux contribuant à la miniaturisation des composants photoniques en vue de leur insertion dans des microsystèmes de mesure ou des procédés de microstructuration de surface par laser. Il s’agit en particulier de :

• la conception et la réalisation d’éléments optiques diffractifs sublongueur d’onde
• la détection de nanoparticules à l’aide de jets photoniques
• le développement de capteurs à fibres optiques microstructurées à cristaux photoniques ou basés sur l’effet Sagnac
• la mesure hautement résolue de paramètres comme des distances
• la micro- et nanothermographie

Contrôles et procédés laser

Les recherches concernant l’interaction entre les faisceaux laser de puissance et les matériaux visent à développer des procédés de fonctionnalisation de surfaces par laser et s’appuient sur un partenariat avec Irépa Laser. Les phénomènes étudiés sont de deux types :

• l’action sur les matériaux de faisceaux laser de courte longueur d’onde ou de courtes durées d’impulsions
• l’interaction entre un faisceau continu et un matériau granulaire en vue de fonctionnaliser le matériau par un gradient de propriétés

L’utilisation des procédés laser dans l’élaboration de composants photovoltaïques à base de silicium fait l’objet de projets communs avec l’équipe « Matériaux et composants pour l’électronique et le photovoltaïque ».