Clément EUSTACHE : "Capteurs fibrés à base d'ondes de surface de Bloch"

Résumé : La détection et l'analyse de faibles quantités physiques, chimiques ou biologiques, in situ, dans des environnements difficiles d'accès, a un impact important dans de nombreux domaines scientifiques, médicaux et industriels. Même s'il est l'un des meilleurs éléments en termes de miniaturisation pour relever ce défi, le concept de "Lab-on-tip", cloisonné au cœur de la fibre, présente une résolution de détection restreinte. L'objectif de ma thèse est d'explorer une nouvelle génération de "Lab-on-tip" basée sur l'interconnexion optique, de différents cœurs d'une fibre multicœurs, ou deux fibres à cœurs uniques. Cette approche repose sur des plateformes nano-optiques à base d'ondes de surface de Bloch développées à l'extrémité de fibre. Les ondes de surface de Bloch sont des modes électromagnétiques évanescents se propageant sur des distances millimètriques à la surface d'un cristal photonique unidimensionnel. Ces ondes de surface sont utilisées à la fois pour interconnecter les cœurs de fibre et sonder leur environnement. Des réseaux de diffraction sublongueur d'ondes sont gravés au-dessus de chaque cœur afin de coupler les modes de fibre aux ondes de surface de Bloch. Nous avons développé deux plateformes nano-optiques à l'extrémité de fibres à quatre cœurs et une plateforme sur la facette d'une férule à deux fibres monomodes standard. Nous avons démontré un couplage cœur à cœur contrôlable par la polarisation de la lumière incidente, permettant la mise en œuvre de fonctions de détection agiles et de démultiplexage. Ces plateformes ont été testées comme réfractomètres pour la détection de composés organiques volatiles. Ces structures permettent d'entrevoir des capteurs où l'excitation lumineuse et les signaux de détection empruntent des canaux différents à travers la fibre optique, permettant un processus de détection simplifié et une optimisation du rapport signal-à-bruit. Ces micro-plateformes optiques intégrées sur fibre sont exploitables dans un large éventail d'applications incluant les capteurs, le piégeage et la manipulation optique et le traitement de l'information.

Composition du jury :

• M. Antoine MOREAU, Maître de conférences, Université Clermont Auvergne, Rapporteur
• M. Yves JOURLIN, Professeur, Université de Saint-Étienne, Rapporteur
• Mme Aude L. LEREU, Directeur de recherche, Université d'Aix-Marseille, Examinatrice
• M. Jean-Baptiste SANCHEZ, Professeur, Université de Bourgogne Franche-Comté, Examinateur
• M. Nicolas MARTIN, Professeur, Université de Bourgogne Franche-Comté, Examinateur
• M. Thierry GROSJEAN, Directeur de recherche, Université Bourgogne Franche-Comté, Directeur de thèse

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