Des guides d’ondes chiral canaux pour capteurs énantiosélectifs

Channel optical chirowaveguides for enantioselective sensors

• Auteur / Autrice : Hoshang Sahib
• Direction : Stephan Guy, Alban Gassenq, Amina Bensalah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 13/07/2022
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Lumière Matière
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Bénichou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stephan Guy, Yann Battie, Pascale Changenet-Barret, Benoît Boulanger, Christelle Monat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Yann Battie, Pascale Changenet-Barret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirowaveguides

Chiralité

Polarisation (lumière)

Mots clés libres

Chirallité

Chirowaveguides

Capteurs

Polarisation

Biréfrigence

Photonique intégrée

Integrated photonics

Chirality

Chirowaveguides

Sensors

Light polarization

Birefringence

Résumé

La symétrie planaire rend les guides d'ondes de la photonique intégrée (IP) biréfringents linéaires ; ils ne supportent que deux modes propres polarisés linéairement, notamment les modes TE et TM. En raison de la biréfringence linéaire (LB), sauf pour TE et TM, l'état de polarisation de la lumière guidée dans IP n'est pas conservé. Par conséquent, toute application qui nécessite d'autres polarisations, comme la polarisation circulaire (la polarisation clé dans la détection chirale), ne peut pas bénéficier de la technologie IP. Une façon de dépasser la limitation de la LB dans les guides d'ondes optiques est d'utiliser des guides d'ondes composés de matériaux chiraux, connus sous le nom de chirowaveguides. Dans cette thèse, nous présentons la réalisation de chirowaveguides optiques à canaux qui peuvent être utilisés pour des applications de polarisation autres que TE/TM, en particulier pour des applications de polarisation circulaire. Les guides d'ondes à canaux sont développés sur la base de notre étude théorique sur les propriétés de polarisation des chirowaveguides et des simulations numériques du comportement de biréfringence des guides d'ondes à canaux. La méthode sol-gel est utilisée pour fabriquer des couches transparentes de silice chirale organiquement modifiée (ORMOSIL) avec une biréfringence circulaire élevée et une qualité optique, un indice de réfraction et une épaisseur contrôlés. Ensuite, en fabriquant des moules en PDMS et en les imprimant sur la forme de gel des couches ORMOSIL, des guides d'ondes à canaux de différentes tailles sont fabriqués. En combinant la biréfringence circulaire élevée de notre matériau avec le LB modulé par la taille des guides d'ondes à canaux fabriqués, nous avons obtenu des guides d'ondes ayant des modes propres linéaires à quasi-circulaires. En effet, les guides d'ondes avec des modes propres quasi-circulaires peuvent être utilisés pour des applications de polarisation quasi-circulaire et circulaire dans la technologie IP, comme capteurs de chiralité miniaturisés pour la pharmacologie, la médecine, l'industrie alimentaire ou la mesure de la pollution environnementale.

Planar symmetry makes integrated photonics (IP) waveguides linear birefringent; they support only two linearly polarized eigenmodes, namely the transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) modes. Because of the linear birefringence (LB), except for TE and TM, the polarization state of the guided light in IP is not conserved. Therefore, any application that requires other polarizations, such as circular polarization (the key polarization in chiral sensing), cannot take advantage of IP technology. One way to overcome the limitation of LB in optical waveguides is to use waveguides made of chiral materials, known as chirowaveguides. In this thesis, we report on the realization of channel optical chirowaveguides that can be used for polarization applications other than TE/TM, in particular for circular polarization applications. The channel waveguides are designed based on our theoretical study on polarization properties of chirowaveguides and numerical simulations of the birefringence behavior of channel waveguides. The sol-gel method is used to make transparent chiral organically modified silica (ORMOSIL) layers with high circular birefringence and controlled optical quality, refractive index and thickness. Then, by making PDMS molds and imprinting them on the gel form of ORMOSIL layers, channel waveguides of different sizes are fabricated. By combining the high circular birefringence of our material with the size-modulated LB of the fabricated channel chirowaveguides, we obtained chirowaveguides having linear to quasi-circular eigenmodes. Indeed, the chirowaveguides with quasi-circular eigenmodes can be used for quasi-circular and circular polarization applications in IP technology, as miniaturized chirality sensors for pharmacology, medicine, food industry or environmental pollution measurement.