CARACTERISATION D’UN SPECTROMETRE EN OPTIQUE INTEGREE DANS LE PROCHE INFRA-ROUGE

Sujet de STAGE de MASTER II ou PFE
CARACTERISATION D’UN SPECTROMETRE EN OPTIQUE INTEGREE DANS LE PROCHE INFRA-ROUGE

Contexte :
Ces dernières années, de nombreuses recherches ont été développées pour miniaturiser les spectromètres optiques. En effet, ces systèmes sont très importants pour caractériser un signal lumineux d’une source optique. Néanmoins, il est très difficile d’allier à la fois l’obtention d’un système compact en gardant une haute résolution spectrale. Un nouveau micro-spectromètre a été proposé nommé SWIFTS [1] (Stationary Wave Integrated Fourier Transfrom Spectrometer).
Ce système a pour but de minimiser au maximum la taille du spectromètre et de donner accès à des résolutions spectrales importantes voir supérieures aux spectromètres déjà existants d’un volume largement plus important.
Son principe repose sur l’utilisation d’un simple guide d’onde. En positionnant un miroir au bout du composant on peut créer à l’intérieur du guide une onde stationnaire. Si à l’entrée on injecte un signal optique monochromatique, on retrouvera dans le guide une onde stationnaire dont la variation d’intensité est sinusoïdale. Sa période est directement reliée à la moitié de la longueur d’onde optique du signal. En positionnant des nano-centres de diffusion en surface du composant, on peut re-imager sur un détecteur la représentation spatiale de cette onde stationnaire dans le guide. En faisant ensuite une transformée de Fourier Inverse, on obtient alors le spectre de la source optique. Cette méthode est la même si le signal est polychromatique.
Ce concept a été développé dans le domaine des longueurs d’ondes allant de 700nm à 1000nm [2]. Nous essayons d’étendre les capacités de ce spectromètre aujourd’hui dans le domaine des longueurs d’ondes du proche infra-rouge allant de 1.1μm à 1.6μm avec des puces optiques et des caméras différentes de celles utilisées dans le domaine visible [3].

But du stage :
L’étudiant aura comme objectif de caractériser des structures déjà réalisées par des partenaires (Laboratoire Hubert Curien de St Etienne ou FEMTO ST de Besançon).
Pour cela, il devra analyser le rayonnement d’antennes optiques situées sur le guide jouant le rôle des nano-centres de diffusion en fonction de la longueur d’onde en imageant le rayonnement avec une optique de focalisation sur une caméra déportée. Ensuite, il devra répéter cette même analyse en hybridant directement une caméra sur la surface de la puce pour analyser le rayonnement sans optique de focalisation. Cela permettra de démontrer la version intégrée du spectromètre envisagée. L’étudiant travaillera en binôme avec un étudiant de l’IOGS (Institut d’Optique Graduate School) en alternance à l’IPAG.

Travail à effectuer :

1. Etude bibliographique sur la technologie SWIFTS
2. Formation au banc de caractérisation des guides optiques intégrés
3. Analyse des nano-antennes avec optique de focalisation sur caméra éloignée
4. Analyse des nano-antennes directement sur caméra hybridée
5. Traitement des données récupérées pour restaurer les spectres optiques

Mots-clés :
Optique intégrée ou optique guidée, transformée de Fourier, détection proche infra-rouge, spectrométrie

Responsables du stage:
Alain MORAND, enseignant-chercheur à l’IMEP-LAHC ,  e-mail : alain.morand@univ-grenoble-alpes.fr, Tél : 04 56 52 94 86
Guillermo MARTIN, enseignant-chercheur à l’IPAG, e-mail : guillermo.martin@univ-grenoble-alpes.fr, Tél : 04 76 63 52 76

Références:
[1] E. Lecoarer et al, Nature Photonics 1 (8), pp. 473-478, 2007
[2] C. Bonneville et al, SPIE MOEMS-MEMS, volume 86160M, 2013
[3] A. Morand et al, Optics Letters 44 (3), pp. 542-545, 2019

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