Plateforme Normande de Matériaux pour l'Optique
Présentation
PNMO est la Plateforme Normande des Matériaux pour l’Optique du CIMAP.
Située au cœur des activités de recherche des équipes OML et NIMPH du laboratoire, elle développe et fédère des compétences autour de trois axes majeurs liés aux matériaux pour l’optique et l’énergie :
- les matériaux innovants pour les lasers et la photonique ;
- les matériaux dédiés à l’énergie (projet MégaJoule, photovoltaïque, photo(électro)catalyse, applications thermiques, etc.) ;
- la fonctionnalisation de matériaux pour l’optique guidée.
PNMO s’appuie sur des moyens de fabrication de cristaux de fluorures massifs et en couches minces épitaxiées uniques au niveau national. Elle dispose de moyens de croissance de cristaux par des techniques diversifiées (Bridgman, Czochralski et LPE). Elle possède également des équipements de croissance de films minces par PLD et ALD uniques en Normandie de par leur spécificités (combinaison de matériaux, monitoring optique, plasmas réactifs, machine learning). Elle dispose aussi de moyens de photoinscription de fibres et guides d'onde par laser femtoseconde.
La plateforme comprend aussi un ensemble de moyens de caractérisation et de mises en forme de matériaux pour l’optique. Cette plateforme a permis au laboratoire CIMAP de nombreux succès dans des appels à projet (CPER, ANR, labex EMC3, chaire d’excellence, Labcom et i-DEMO avec des entreprises du domaine) et de nouer de nombreuses collaborations avec des laboratoires universitaires ou industriels, à travers des projets de recherche, des prestations ou des contrats cadres.
organisation
Cristaux et verres pour l'optique
Resp. technique : Gurvan BRASSE
Resp. scientifique : Patrice CAMY
- Élaboration de cristaux massifs, couches minces cristallines et sol-gel
- Mise en forme: orientation, découpe et polissage
- Caractérisation physico-chimique, spectroscopie optique et vibrationnelle
Matériaux en couches minces
Resp. technique : Cédric FRILAY
Resp. scientifique : Julien CARDIN
- Élaboration de matériaux en film mince pour la conversion d’énergie, la microélectronique et l’optique
- Caractérisation structurale, physico-chimique et spectroscopique
- Microstructuration par lithographie et nanostructuration par anodisation
Fonctionnalisation de matériaux pour l'optique
Resp. technique : Florent STARECKI
Resp. scientifique : Sylvain GIRARD
- Photo-inscription pour la réalisation de réseaux de Bragg
- Réalisation de métamatériaux, ou inscription de guide canaux dans des matériaux massifs
Techniques du vide et dispositifs électroniques
Resp. technique : Franck STEVENOT
- Implantation des équipements, montage, câblage et test des dispositifs électrotechniques
- Mise en service et maintenance des ensembles électrotechniques liés aux installations expérimentales
- Installer et maintenir des systèmes de vide pour les équipements de la plateforme
les équipements de la plateforme
Cristaux et verres pour l’optique
Élaboration de cristaux massifs, couches minces cristallines et sol-gel
- 3 fours Bridgman en atmosphère contrôlée
- 1 four Czochralski à chauffage résistif en atmosphère contrôlée
- 1 four Czochralski à chauffage inductif en atmosphère contrôlée
- 2 fours de croissance d’épitaxie en phase liquide (LPE = Liquid phase epitaxy) en atmosphère contrôlée
- 1 four de fluoration
- 1 boite à gants pour synthèse sol-gel (MBraun)
Mise en forme : orientation, découpe et polissage
- Différentes scies pour découper les cristaux de façon orientée orientés (à fil, à disque)
- 2 Polisseuses simple face (Logitech)
- 1 Polisseuse double face (Mecalock)
- 2 Polisseuses manuelles
- Interféromètre de type Fizeau pour mesurer la planéité et la rugosité (Mahr)
- Lunette autocollimatrice pour mesurer le parallélisme (Trioptics)
- Différents bancs d’analyse développés au laboratoire pour contrôler les défauts (Polariscope, Ombroscopie, Strioscopie ….)
Caractérisation physico-chimique, spectroscopie optique et vibrationnelle
- Diffractomètre à rayons X de type Laue (Equinox Thermo Fisher)
- Diffractomètre à rayons X pour échantillons polycristallins (Rigaku Miniflex)
- Spectromètre FTIR (Nicolet APEX de Thermo Fisher)
- Microscope Électronique à Balayage de table + sonde EDX (JEOL JCM-7000)
- Microscope confocal et interférométrique (Sensofar Scientec)
- Spectromètre confocal Micro-Raman (Renishaw)
Matériaux en couches minces
- 1 installation Atomic Layer Deposition (ALD) à 5 voies couplé à une boite à gants
- 2 installations de pulvérisation cathodique magnétron multicathode réactif
- 1 four RTA sous différents gaz
- 1 four CTA sous différents gaz
- Des outils de caractérisation de films minces : AFM, ellipsométrie spectroscopique, FTIR large bande et Raman
- Monitoring in-situ large bande (550-1650nm)
Fonctionnalisation de matériaux pour l’optique
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Spécifications techniques
Le contrôle de la position est effectué par une observation à l’aide de la caméra. Un laser supercontinuum est injecté dans la fibre, en isolant la partie d’intérêt à l’aide de filtres passe-haut et/ou passe-bas. La transmission et la partie réfléchie de ce signal sont mesurées à l’aide d’un analyseur de spectre optique.
Caractéristiques spectrales d'un réseau développé pour la bande C (télécom) Les premiers essais au CIMAP ont permis de développer sur de la fibre SMF-28 des réseaux à forte réflexion dans le proche IR (Figure 3). Ces réseaux ont les caractéristiques pour stabiliser un laser en longueur d’onde par la technique du DFB (DFB : distributed feedback), ce que nous voulons ensuite faire pour différents domaines de longueur d’onde.
Figure 4 : démonstration de gravure dans le domaine visible La Figure 4 est une preuve de la réalisation de ces objets dans le domaine visible, où des réseaux réfléchissants dans le vert, jaune, orange et rouge ont été inscrits en cascade sur la même fibre. |
Applications Le banc de photoinscription du CIMAP, installé en 2024, a pour objectif notamment le développement de nouvelles sources laser fibrées à travers la réalisation de réseaux de Bragg originaux et dédiés à nos applications.
La Figure 1 montre la tête d’inscription de notre système. Potentiellement, ce dispositif permet la réalisation de méta-matériaux, ou l’inscription de guide canaux dans des matériaux massifs. Des motifs allant jusqu’à 10 cm² peuvent être inscrits avec une précision de positionnement de 50 nm.
La Figure 2 montre une inscription de réseau de Bragg en cours à 515 nm.
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| Une plateforme de traitement de fibres optiques en silice et fluorure (polissage, soudure, étirage) |
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Un système de micro-photoluminescence dans le visible et infrarouge (microscope inversé couplé à un spectromètre et plusieurs sources d’excitation optique 600 à 3400 nm,…) |