Micro structuration de Réseaux Résonants Complexes

Micro patterning of complex Waveguide Resonant Gratings (WRG)

• Auteur / Autrice : Erieta-Katerina Koussi
• Direction : Yves Jourlin, Florent Bourquard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique, Photonique, Hyperfréquence
• Date : Soutenance le 22/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien [Saint Etienne]
• Jury : Président / Présidente : Christophe Donnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marwan Abdou Ahmed, Isabelle Verrier, Laurent Dubost
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Dumas-Bouchiat, Stéphane Calvez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux de diffraction

Oxydes de vanadium

Capteurs optiques

Photolithographie

Mots clés libres

Réseaux résonants de guide d'ondes (WRG)

Dioxyde de vanadium (VO2)

Waveguide Resonant Gratings (WRG)

Cylindrical geometries -tubes

Vanadium Dioxide (VO2)

Résumé

Cette thèse de doctorat intitulée “Micro structuration de Réseaux Résonants complexes” étudie les dispositifs de détection optique, qui impliquent diverses techniques de photolithographie et outils de micro/nanotechnologie pour leur fabrication. Ces dispositifs, dans leur forme classique, consistent en un réseau de diffraction formé de lignes microscopiques gravées périodiquement sur une surface photosensible, qui est déposée sur une couche diélectrique, le guide d'onde. Les deux couches sont supportées sur un substrat. Pour activer les fonctions de détection, le réseau de diffraction doit être extrêmement sélectif, c'est-à-dire qu'il doit avoir la capacité de rejeter toutes les composantes spectrales reçues, en sélectionnant qu’une seule longueur d'onde pour la coupler au guide d'onde. Après le découplage, une réflexion dite résonante liée à sa très grande amplitude et sélectivité spectrale et angulaire se produit. Différents types de composants en fonction de l'application envisagée peuvent être réalisés sur différents types de substrats, matériaux ou géométries (plan, cylindrique). L'un des projets de cette thèse consiste à concevoir des WRG (Waveguide Resonant Gratings) sur les parois intérieures d'un tube pour coupler les modes TE et TM à l’intérieur du guide d’onde. La fabrication est réalisée par un masque de phase radial spécialement conçu, tandis que la fonction optique est mise en évidence en utilisant un miroir conique, capable de réfléchir la lumière de manière isotrope pour l'excitation des modes. De plus, des matériaux innovants peuvent être utilisés pour leur intégration dans des structures résonantes planaires. L'un des matériaux à l'étude est le dioxyde de vanadium (VO2), qui subit respectivement des transitions de phase de premier ordre (isolant vers métal) à basses et hautes températures. La fabrication d'un composé aussi délicat est complétée par deux méthodes de synthèse différentes, le dépôt par laser pulsé et la pulvérisation cathodique magnétron. La capacité d'induire une résonance en déclenchant thermiquement le dispositif est destinée aux applications de sécurité laser afin d'éviter l’endommagement lors d'une surchauffe.

This PhD thesis entitled “Micro patterning of complex Waveguide Resonant Gratings (WRG)” studies the optical sensing devices, which involve various photolithography techniques and nanotechnology tools with clean room processes for their fabrication. These devices, in their classic form, consist of a diffraction grating formed by microscopic lines engraved periodically on a photosensitive surface, which is deposited on a dielectric layer, the waveguide. Both layers are supported on a substrate. To enable sensing functions, the diffraction grating must be extremely selective, i.e. it must have the ability to reject all the received spectral components, while selecting only one wavelength to couple it into the waveguide. After the out coupling, a reflection with a very large amplitude and great finesse occurs. Different types of components depending on the intended application can be produced on different types of substrates, materials or geometries (plane, cylindrical).One of the projects of this thesis engineers WRG on the interior walls of a tube to couple TE and TM modes into the waveguide. The fabrication is achieved by a specially designed radial phase mask, whereas the optical function is highlighted by the use of a conical mirror, able to reflect light isotropically for mode excitation. In addition, innovative materials can be used for their integration into flat WRG. One of the materials under study is the Vanadium Dioxide (VO2), which undergoes first-order phase transitions (Insulator to Metal) at low and high temperatures respectively. The fabrication of such a delicate compound is completed by two different synthesis methods, the Pulsed Laser Deposition and Magnetron Sputtering. The ability to induce resonance by thermally triggering the device is intended for laser safety applications to avoid damage during overheating.