Jean-Loup SKORA : "Fabrication de micro-composants optiques sur-mesure en verre par gravure humide assistée par laser femtoseconde"

Résumé : Dans un contexte où la miniaturisation des systèmes d’imagerie nécessite l’obtention de microcomposants optiques performants et qui dans l’idéal peuvent tenir des conditions rudes (température élevée, chocs mécaniques, etc…), la fabrication à haute-fidélité de microlentilles sur-mesure (au profil librement paramétré) et en verre est un objectif technologique à atteindre. Elle représente aussi un défi majeur par le degré de complexité technique qu’elle suppose. La technique de gravure humide assistée par laser femtoseconde, dite « FLICE », est une technique d’usinage du verre par écriture directe qui a montré récemment son potentiel dans la fabrication de nombreuses catégories de microcomposants, notamment les microcomposants optiques classiques mais pas encore sur-mesure. Par son principe, elle suggère des perspectives uniques, comme la possibilité de réaliser des structures monolithiques et dans le volume mais aussi d’usiner différents types de verres et matériaux diélectriques. En ce sens, cette technique présente les prérequis suffisants permettant de relever le défi associé à la fabrication de microcomposants optiques sur-mesure en verre avec des perspectives orientées vers les microsystèmes opto-électro-mécaniques (MOEMS). Notre travail a eu pour ambition de mettre au point un procédé combinant FLICE au polissage par laser CO2 destiné à la fabrication de microlentilles plan-convexes sur-mesure en Silice Fondue et en Borofloat33®. Ce travail s’est déroulé en deux grandes étapes. La première a consisté à développer la méthode de fabrication en explorant diverses stratégies d’usinage et de polissage sur des composants de test afin d’obtenir des résultats les plus satisfaisants possibles en termes de fidélité de fabrication et de qualité optique. La seconde a ensuite consisté à réaliser puis à caractériser un démonstrateur au profil sur-mesure et avec des hautes fréquences spatiales, à savoir un micro-axicon (microlentille conique) de 500 µm de diamètre et de 5° d’angle d’apex, afin de démontrer l’intérêt et la validité du procédé de fabrication qui a été mis au point.

Composition du jury :

Michel DE LABACHELERIE, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

Véronique BARDINAL, Directeur de recherche, LAAS-CNRS, Rapporteur

Manuel FLURY, Maître de conférences, INSA Strasbourg, Rapporteur

Andrea LOVERA, Docteur, FEMTOprint S.A., Examinateur

Sylwester BARGIEL, Ingénieur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, CoDirecteur de thèse

Franck CHOLLET, Professeur des universités, Université Bourgogne Franche-Comté, Examinateur

Localisation : Institut FEMTO-ST 15B Avenue des Montboucons 25000, BESANCON - salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain