Tรฉlรฉcharger le fichier pdf d’un mรฉmoire de fin d’รฉtudes
Design et production dโEODs
La modรฉlisation et la conception de ces รฉlรฉments se fait de maniรจre gรฉnรฉrale par ordinateur puisque les motifs ร gรฉnรฉrer peuvent รชtre trรจs complexes. Il existe de trรจs nombreux algorithmes [8] pour synthรฉtiser ces structures et certains seront prรฉsentรฉs dans le Chapitre 5. A lโinstar des filtres optiques interfรฉrentiels, il existe un grand nombre de solutions ร un problรจme donnรฉ avec des complexitรฉs diffรฉrentes. Le design de ce type de structure est donc un domaine ร part entiรจre qui ne sera abordรฉ dans cette thรจse que de maniรจre simple, le but รฉtant de dรฉmontrer une nouvelle mรฉthode pour la fabrication dโEODs.
Actuellement la production de ces รฉlรฉments se fait majoritairement par contrรดle de lโรฉpaisseur physique dโun substrat ou dโune couche ร lโaide dโun procรฉdรฉ photo-lithographique qui demande plusieurs รฉtapes clefs qui sont :
1. Le dรฉpรดt dโune rรฉsine photosensible par spin-coating sur le substrat et recuit thermique,
2. Lโexposition du motif par lithographie laser avec des systรจmes industriels tels que le DWL 66+ de la sociรฉtรฉ Heidelberg,
3. Le traitement chimique avec un dรฉveloppeur qui dissout les rรฉgions exposรฉes ou non exposรฉes en fonction du type de rรฉsine utilisรฉ.
Suite au procรฉdรฉ lithographique, le motif est inscrit dans le substrat par gravure ยซ chimique ยป ou ยซ physique ยป. Lโensemble de ces techniques sont complexes, et la production dโun รฉlรฉment optique diffractif demande donc une parfaite maitrise de chacune de ces รฉtapes ; ce qui est le cas ร ce jour. Cependant, comme les rรฉseaux de diffraction de surface, les EODs prรฉsentent une forte sensibilitรฉ aux rayures et aux poussiรจres.
Divers matรฉriaux sont communรฉment utilisรฉs pour la fabrication dโEODs. On peut citer par exemple la silice. Elle a lโavantage de produire des รฉlรฉments avec de bonnes propriรฉtรฉs mรฉcaniques, mais elle nรฉcessite la mise en oeuvre de techniques de gravure complexes. Les rรฉsines photosensibles (gรฉlatines dichromatรฉes) similaires ร celles utilisรฉes en lithographie รฉlectronique permettent quant ร elles de rรฉaliser facilement des prototypes mais sont incompatibles avec des applications industrielles. Enfin les matรฉriaux sol-gel hybrides photo-polymรฉrisables constituent, eux, un compromis entre matรฉriaux organiques et inorganiques.
Applications des EODs
Grรขce aux EODs qui modifient la distribution spatiale dโintensitรฉ dโun front dโonde incident, il est possible de gรฉnรฉrer un nombre quasi-infini de profils spatiaux. Les plus connus et les plus utilisรฉs sont les faisceaux de type top-hat circulaires ou carrรฉs, des homogรฉnรฉiseurs, des matrices de points, des vortex [16, 17], etc (Figure 1-10).
Chacune de ces diffรฉrentes fonctions ont des applications industrielles dans divers domaines. Par exemple pour lโusinage, la soudure, ou la dรฉcoupe laser [18, 19], les profils top-hat sont nรฉcessaires pour maitriser la distribution dโintensitรฉ et gรฉnรฉrer des flancs raides et ce afin de dรฉlimiter la zone dโinteraction laser-matiรจre. Des systรจmes commerciaux comme la camรฉra Kinect embarquรฉe sur la console Xbox de Microsoft, se servent dโรฉlรฉments diffractifs pour gรฉnรฉrer des matrices de points [20], qui texturent lโenvironnement et permettent de faire de lโimagerie 3D [21]. Dans le milieu mรฉdical, les รฉlรฉments diffractifs optiques sont utilisรฉs par exemple pour la correction des aberrations ou pour la production de lentilles ร double longueur dโonde [22]. Ces derniรจres รฉquipent les systรจmes mรฉdicaux ร laser CO2 afin que le laser HeNe qui produit un point cible visible ait le mรชme point de focalisation que le laser CO2. Un EOD est ajoutรฉ devant une lentille en ZnSe pour modifier uniquement la focalisation du laser HeNe. Les EODs sont รฉgalement prรฉsents dans le domaine de lโillumination (lecteurs de code-barres) et des hologrammes de sรฉcuritรฉ (passeport, billets …). Finalement en science on les retrouve pour la gรฉnรฉration de pinces optiques, la manipulation de nano-objets [23], et lโamรฉlioration de la rรฉsolution transverse ou latรฉrale des microscopes ร super-rรฉsolution. Dans cette derniรจre application, les EODs structurent lโรฉclairage dโun microscope sous forme de damier ou dโun rรฉseau de franges. Sous cette forme, lโinteraction de la lumiรจre avec les hautes frรฉquences de lโรฉchantillon gรฉnรจre un effet de moirรฉ qui encode les informations hautes frรฉquences dans la limite de rรฉsolution du microscope.
Il est ร noter que comme les filtres optiques interfรฉrentiels, les รฉlรฉments diffractifs possรจdent รฉgalement un trรจs fort potentiel industriel. Parmi les fabricants les plus connus, on peut citer : Holoeye, Jenoptik, Holoor..
Verres de chalcogรฉnures
Les matรฉriaux utilisรฉs pour la fabrication des composants ร base de couches minces optiques sont nombreux : oxydes, sulfures, nitrures, fluorures, mรฉtauxโฆ Cette thรจse vise ร introduire des verres de chalcogรฉnures dans les filtres interfรฉrentiels multicouches. Ceux-ci ont des propriรฉtรฉs uniques et ont รฉtรฉ รฉtudiรฉs pendant plusieurs dรฉcennies ; menant ร des applications dans diffรฉrents secteurs tels que lโindustrie รฉlectronique, lโimagerie ou plus rรฉcemment la photonique. Cette partie a pour objectif de prรฉsenter les propriรฉtรฉs optiques et physiques des verres de chalcogรฉnures ainsi que quelques applications.
Propriรฉtรฉs des chalcogรฉnures
Composition et structure des verres de chalcogรฉnures
Les verres de chalcogรฉnures sont composรฉs en partie dโรฉlรฉments issus de la 16รจme colonne de la table de Mendeleรฏev. Ce groupe contient les atomes dโoxygรจne O, sulfure S, sรฉlรฉnium Se, tellure Te et polonium Po. Lโoxygรจne est lui, cependant, exclu de la famille des chalcogรจnes.
Pour crรฉer un verre, ces diffรฉrents atomes se lient ร un ou deux autres atomes issus de la 14รจme ou 15รจme colonne du tableau pรฉriodique [25]. Ils forment ainsi un verre de type binaire ou ternaire. Les รฉlรฉments chalcogรจnes peuvent se lier aussi ร des mรฉtaux, on parle alors de mรฉtaux-chalcogรฉnures. Ci-dessous, le Tableau 1 liste diffรฉrents types de verres de chalcogรฉnures existant et en donne quelques exemples.
La structure binaire ou ternaire influe directement sur les propriรฉtรฉs mรฉcaniques et thermiques du verre [26]. Par exemple, un verre tel que arsenic triselenide (As2Se3) possรจde un rรฉseau bidimensionnel tandis que des verres ternaires avec un รฉlรฉment additionnel, tel que le germanium, ont un rรฉseau tridimensionnel. Les liaisons de van der Waals y sont plus fortes ce qui augmente la rigiditรฉ, la duretรฉ du verre et la tempรฉrature de transition vitreuse Tg. La relation qui existe entre nombre de coordination, la topologie du rรฉseau et les propriรฉtรฉs physiques des verres de chalcogรฉnures a รฉtรฉ รฉtudiรฉe dans certaines publications [27, 28]. Enfin, dans la littรฉrature, pour dรฉcrire la composition des verres de chalcogรฉnures, on utilise de maniรจre standard le pourcentage molaire, e.g. pour un verre commercial tel que lโAMTIR-1, sa composition est dรฉcrite par : Ge33As12Se55. Cela signifie que le verre dโAMTIR-1 est composรฉ en pourcentage molaire de 33 % de germanium, de 12% dโarsenic et de 55% de sรฉlรฉnium. Le Tableau 2 fournit une liste de quelques verres de chalcogรฉnures standards ainsi que leurs noms commerciaux.
Exemple dโapplications : fibre optiques et mรฉmoire ร changement de phase
Dans cette partie, la liste des applications des verres de chalcogรฉnures passรฉs en revue nโa pas pour but dโรชtre exhaustive ; tant leur nombre est grand. Nous nous sommes restreints ร certaines applications majeures de ces verres.
Tout dโabord, lโintroduction des verres de chalcogรฉnures dans les fibres optiques [38, 39] a รฉtรฉ une des premiรจres sources de motivations et axes de recherche concernant ces matรฉriaux puisque les fibres de chalcogรฉnures ont potentiellement une gamme de transmission comprise entre 2 et 12 ฮผm. Les toutes premiรจres fibres optiques produites ร base dโarsenic, germanium ou tellure ont รฉtรฉ utilisรฉes avec des lasers CO2 [40]. La majoritรฉ des efforts se sont ensuite concentrรฉes vers la diminution des pertes dans ces fibres qui restent un problรจme majeur. Par exemple pour les fibres ร base de trisulfure dโarsenic, les pertes les plus basses thรฉoriques sont de lโordre de 4 dB/km-1 [41], tandis quโen pratique, pour des fibres purifiรฉes, la valeur la plus basse reportรฉe est de 23 dB/ km-1 [42]. Si les pertes sont aussi รฉlevรฉes, cโest ร cause des phรฉnomรจnes dโabsorption et de diffusion provoquรฉs par des impuretรฉs qui se forment lors du procรฉdรฉ de fabrication. De nombreux travaux [43, 44, 45] sont en cours pour augmenter la puretรฉ des chalcogรฉnures au regard des futures applications dans les domaines de la chirurgie laser ou la dรฉcoupe laser par exemple.
Si les pertes sont problรฉmatiques pour les applications nรฉcessitant des propagations sur de longs trajets de fibre, elles deviennent beaucoup plus acceptables dans le cas oรน elles sont utilisรฉes comme capteurs. En effet, les capteurs ร fibre ร base de chalcogรฉnures utilisent le fait que le faisceau transmis par cette fibre est modifiรฉ, lorsque celle-ci est mise en contact avec une substance ร dรฉtecter. Cet effet se repose sur une interaction entre lโonde รฉvanescente et le milieu ร dรฉtecter [46]. Or, il est important de rappeler que les signatures des vibrations fondamentales des biomolรฉcules constituant les tissus et fluides biologiques se situent dans le proche et moyen infrarouge, domaine spectral oรน ces fibres sont transparentes. Lโutilisation de cette technique associรฉe ร de la spectroscopie reprรฉsente donc, de nos jours, une des techniques les plus prometteuses, notamment pour la dรฉtection de maladies, dโinfections ou de tumeurs [47, 48]. Une application des matรฉriaux chalcogรฉnures dans le domaine de lโoptique guidรฉe est le dรฉveloppement de capteurs chimiques. Ces capteurs utilisent soient un effet du milieu extรฉrieur sur les ondes รฉvanescente similaire ร celui observรฉ dans les fibres, soit une technique de spectroscopie Raman [49]. Cette approche permet de produire des capteurs de plus petites tailles et plus rรฉpรฉtables que les capteurs ร fibres optiques. De plus, ils offrent la possibilitรฉ de pouvoir intรฉgrer les sources, dรฉtecteurs, etc. au systรจme [50] ainsi que de gรฉnรฉrer des systรจmes de types rรฉsonateurs qui augmentent considรฉrablement le seuil de dรฉtectivitรฉ.
Les techniques de dรฉpรดts de couches minces optiques
Il existe ร ce jour de nombreuses techniques de dรฉpรดt de couches minces optiques. Elles reposent principalement sur les technologies du vide et se divisent en deux grandes catรฉgories : chimiques ou physiques. Chacune de ces mรฉthodes possรจdent leurs avantages et inconvรฉnients pour la production de couches minces optiques dont les caractรฉristiques typiques sont : la transparence, les contraintes mรฉcaniques, la durabilitรฉ, la densitรฉ des couches, la quantitรฉ de dรฉfautsโฆ Il en dรฉcoule รฉvidemment que les propriรฉtรฉs optiques des couches dรฉposรฉes sont รฉtroitement liรฉes ร la technologie de dรฉpรดt utilisรฉe, mais dรฉpendent aussi des paramรจtres expรฉrimentaux de la machine. Les deux sous-parties suivantes visent ร prรฉsenter succinctement ces deux classes de procรฉdรฉ.
Le dรฉpรดt chimique en phase vapeur
Le dรฉpรดt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Deposition, CVD) est un procรฉdรฉ couramment utilisรฉ dans lโindustrie des semi-conducteurs. Il consiste ร mettre ร proximitรฉ de lโinterface solide du substrat un composรฉ volatil prรฉcurseur en prรฉsence ou non dโautres gaz. Ce dernier catalyse une rรฉaction chimique ร lโinterface pour donner un produit solide sur le substrat. Basรฉes sur ce principe, de nombreuses technologies se sont dรฉveloppรฉes telles que lโรฉpitaxie en phase vapeur aux organomรฉtalliques (EPVOM), la technique de croissance cristalline, ou le dรฉpรดt par bain chimique (CBD). Ces techniques ne sont cependant pas couramment utilisรฉes dans le domaine des couches minces optiques car elles ne permettent pas, entre autre, le dรฉpรดt dโun grand nombre de couches.
Le dรฉpรดt physique en phase vapeur
Le dรฉpรดt physique en phase vapeur (Physical Vapor Deposition, PVD) est le type de procรฉdรฉ le plus couramment utilisรฉ pour la production de couches minces optiques. Le dรฉpรดt se fait dans une chambre hermรฉtique sous vide ร une pression infรฉrieure ou รฉgale ร quelques 10-5 mbar. Le nombre et la complexitรฉ des technologies nโont cessรฉ de croitre, mais celle que lโon nomme รฉvaporation thermique est restรฉe lโune des plus utilisรฉe ร cause de son principe de fonctionnement simple, son bas cout, et sa flexibilitรฉ. Cette technologie repose sur lโรฉvaporation du matรฉriau par simple apport de chaleur. Les molรฉcules en phase gazeuse se dรฉplacent en ligne droite et se condensent ensuite ร lโรฉtat solide sur le substrat de verre dans le bรขti sous vide. Lโapport dโรฉnergie pour atteindre le point dโรฉvaporation de la cible peut se faire de diffรฉrente maniรจre, soit par chauffe du creuset dans lequel est placรฉ la matiรจre par un filament รฉlectrique, soit avec des canons ร รฉlectrons ; la matiรจre est bombardรฉe par un faisceau dโรฉlectrons รฉnergรฉtiques jusquโร รฉvaporation. A cette technologie est venu sโajouter des assistances comme lโassistance par canon ร ions ou plasma. Elles apportent une quantitรฉ dโรฉnergie additionnelle aux molรฉcules รฉvaporรฉes qui permet de densifier les couches dรฉposรฉes. Lโรฉquipe Couches Minces Optiques (RCMO) sโest par exemple derniรจrement dotรฉe dโune SYRUSpro 710 (Figure 2-1) produite par la sociรฉtรฉ Leybold Optics (maintenant Bรผhler) qui utilise une assistance plasma (APS, Advanced Plasma Source) [72].
Une autre approche totalement diffรฉrente pour le dรฉpรดt de couches minces optiques est la pulvรฉrisation. Cette mรฉthode est basรฉe sur un faisceau dโions รฉnergรฉtiques qui pulvรฉrise la cible sous forme dโatomes par le transfert de leur quantitรฉ de mouvement et va se dรฉposer sur le substrat sous forme de couches minces denses. Diffรฉrentes mรฉthodes basรฉes sur ce principe existent telles que :
– Le ยซ Dual ion beam sputtering ยป (DIBS), qui utilise un faisceau dโions pour la pulvรฉrisation et un second pour assister la croissance des couches et leur cosmรฉtique.
– Le ยซ Magnetron sputtering ยป (MS). Pour cette technologie, la chambre de dรฉpรดt est sous pression partielle dโargon. Des magnรฉtrons permettent de produire au sein du gaz un plasma รฉnergรฉtique. Ce dernier sert ร pulvรฉriser la cible. Les magnรฉtrons produisent aussi de forts champs magnรฉtiques pour contenir le plasma autour de la cible.
En fonctionnement depuis 2013 dans lโรฉquipe RCMO, la machine HELIOS (Figure 2-2) produite par la sociรฉtรฉ Bรผhler Leybold Optics est basรฉe sur cette derniรจre technologie.
Un des principaux avantages de ces technologies est la fidรฉlitรฉ de la stoechiomรฉtrie cible/couches minces et la stabilitรฉ des vitesses de dรฉpรดt. En contrepartie cette technique est moins flexible car elle nรฉcessite lโemploi de cibles massives pour le dรฉpรดt des matรฉriaux ou une gรฉomรฉtrie contraignante comme pour la machine HELIOS. Cela contraste avec une technique dโรฉvaporation classique dont la diversitรฉ des matรฉriaux dรฉposรฉs et la flexibilitรฉ des vitesses dโรฉvaporation sont bien connues.
En conclusion, diverses techniques de dรฉpรดt sont disponibles au sein de lโรฉquipe RCMO. Le choix de la technique se fait en fonction du type de matรฉriau et/ou de structure ร dรฉposer.
Contexte et choix du bรขti pour le dรฉpรดt de couches ร base de verres de chalcogรฉnures
Lโun des principaux objectifs de cette thรจse consiste ร dรฉposer des couches minces optiques ร base de verres de types chalcogรฉnures et de les introduire dans des composants multicouches afin de produire de composants optiques spatialement structurรฉs en volume. Transparents de lโinfrarouge proche ร lโinfrarouge moyen voire lointain, ils ont la particularitรฉ, pour certains, de prรฉsenter des effets photo-induits tels que le changement local de configuration atomique. Cet effet induit une modification des constantes optiques, i.e. รฉnergie de la bande de valence, coefficient dโabsorption et indice de rรฉfraction. Lโexploitation de ces propriรฉtรฉs en couches minces permettrait le dรฉveloppement et la fabrication de composants optiques tels que les filtres bandes รฉtroites ultra-homogรจnes, Fabry-Perot ร zoneโฆ Des monocouches de chalcogรฉnures ont รฉtรฉ largement dรฉposรฉes et caractรฉrisรฉes dans le passรฉ via des techniques dโรฉvaporation thermique ou laser pulsรฉe. [73, 74]. Parallรจlement, il a รฉtรฉ dรฉmontrรฉ que ces mรฉthodes de dรฉpรดt permettaient de produire des couches photosensibles. Basรฉ sur ces connaissances et les machines disponibles au sein de lโรฉquipe Couches Minces Optiques, lโรฉvaporation par canon ร รฉlectrons (Balzers BAK600) a รฉtรฉ retenue. En effet, comme mentionnรฉ prรฉcรฉdemment, cette technique permet aisรฉment dโadapter les paramรจtres de dรฉpรดt au matรฉriau considรฉrรฉ. De plus, afin de produire des structures multicouches complexes, les couches de chalcogรฉnures seront combinรฉes ร des couches produites ร partir de matรฉriaux oxydes classiques : Ta2O5 et SiO2.
Nous allons dans les parties suivantes dรฉcrire le fonctionnement du bรขti de maniรจre succincte, puis dรฉtailler lโensemble du travail qui a รฉtรฉ effectuรฉ sur le bรขti de dรฉpรดt pour sa remise en fonctionnement et sa semi-automatisation.
Mise en fonctionnement du bรขti Balzers BAK600
Prรฉsentation du bรขti
Description du bรขti
La Balzers BAK600 est un bรขti de dรฉpรดt qui fonctionne par รฉvaporation par canon ร รฉlectrons (Electron Beam Physical Vapor Deposition, EBPVD). Dans son enceinte se logent ร gauche et ร droite une anode cible (le creuset), un canon ร รฉlectrons et un cache. En hauteur, se trouvent le porte substrat et une microbalance ร quartz (cf. Figure 2-3). En plus de ces รฉquipements nรฉcessaires au dรฉpรดt de couches minces optiques, un chauffage thermique peut sโajouter. Il ne sera cependant pas utilisรฉ dans les diffรฉrents travaux de ce doctorat. Il est important de noter que ce bรขti nโavait pas รฉtรฉ utilisรฉ pendant plusieurs annรฉes. Au cours de cette thรจse, il a donc fallu le remettre en route et corriger lโensemble des problรจmes liรฉs ร une mise ร lโarrรชt prolongรฉe. De plus, lโensemble des mรฉthodes et programmes de contrรดles ont รฉtรฉ entiรจrement redรฉveloppรฉs.
Dรฉroulement dโun dรฉpรดt
Avant chaque dรฉpรดt, le vide est fait au sein de lโenceinte par une pompe primaire ร palette qui permet dโatteindre un vide de quelques 10-3 mbar. Cette pression atteinte, la pompe secondaire (une pompe ร diffusion) prend le relai et pousse le vide jusquโร 5.10-7 mbar, pression gรฉnรฉralement mesurรฉe aprรจs 24 heures de pompage. Une basse pression assure, en particulier, la bonne qualitรฉ des couches dรฉposรฉes. Le dรฉpรดt de couches minces optiques peut alors dรฉbuter. Lors dโune premiรจre phase, obturateur fermรฉ, le filament en tungstรจne est portรฉ ร haute tempรฉrature afin quโil รฉmette des รฉlectrons. Ces derniers sont accรฉlรฉrรฉs par un champ รฉlectrique et un champ magnรฉtique gรฉnรฉrรฉs par un systรจme de bobines qui contrรดle en parallรจle la dรฉflexion, le balayage sur le creuset, la frรฉquence et la taille du faisceau dโรฉlectrons. Lโรฉnergie cinรฉtique des รฉlectrons est alors convertie en รฉnergie thermique qui chauffe puis รฉvapore le matรฉriau. La seconde phase dรฉbute par lโouverture du cache. La matiรจre ร lโรฉtat gazeux se condense sur le substrat, lโintรฉgralitรฉ du bรขti et sur la microbalance ร quartz (Figure 2-3). Celle-ci permet en particulier de relever les paramรจtres de dรฉpรดts : vitesse de dรฉpรดt et รฉpaisseur du matรฉriau dรฉposรฉe. Lorsque lโรฉpaisseur de consigne est atteinte, le cache se referme et le canon ร รฉlectrons sโรฉteint. Le dรฉpรดt de la couche est terminรฉ.
Paramรจtres de dรฉpรดts contrรดlรฉs par microbalance ร quartz
Afin de de contrรดler lโensemble des paramรจtres physiques en cours de dรฉpรดt, la machine est pilotรฉe intรฉgralement ร lโaide dโun programme รฉditรฉ sous LabVIEW. Celui-ci se charge en particulier de communiquer avec le contrรดleur de la microbalance ร quartz et avec un contrรดle optique in-situ. Nous allons dรฉtailler dans cette partie, les principaux paramรจtres de dรฉpรดt utilisรฉs lors dโun dรฉpรดt contrรดlรฉs au travers de la microbalance ร quartz.
Paramรจtres de dรฉpรดt
De maniรจre gรฉnรฉrale, au sein de la BAK600, les paramรจtres du dรฉpรดt sont contrรดlรฉs par le contrรดleur de la microbalance ร quartz : XTC/2 de la sociรฉtรฉ Inficon. Pour chacun des matรฉriaux et couches minces optiques ร dรฉposer, un certain nombre de paramรจtres sont ร dรฉfinir dans le XTC/2. Les principaux sont :
1. La vitesse de dรฉpรดt qui dรฉfinira ร posteriori les caractรฉristiques intrinsรจques de la monocouche, i.e. son indice de rรฉfraction et son coefficient dโabsorption.
2. Lโรฉpaisseur de la couche ร atteindre.
3. La densitรฉ du matรฉriau et son nombre Z.
Les secondaires sont destinรฉs ร la dรฉfinition des deux temps de chauffe de la premiรจre phase du dรฉpรดt. Pour chacun dโeux, on dรฉfinit :
1. le temps de montรฉ
2. le temps dโattente
3. la puissance du canon ร รฉlectron ร atteindre.
Le premier cycle de chauffe initialise la montรฉe en tempรฉrature du filament en tungstรจne, tandis que le seconde initialise la chauffe et lโรฉvaporation du matรฉriau afin quโร lโouverture du cache la vitesse dโรฉvaporation de consigne soit quasiment atteinte
|
Table des matiรจres
CHAPITRE 1 FILTRES OPTIQUES INTERFERENTIELS, ELEMENTS OPTIQUES DIFFRACTIFS ET VERRES DE CHALCOGENURES
1.1 Filtres optiques interfรฉrentiels
1.1.1 Contexte
1.1.2 Introduction au formalisme couches minces optiques et structures interfรฉrentielles de bases
1.1.2.1 Phรฉnomรจne dโinterfรฉrences
1.1.2.2 Structure antireflet
1.1.2.3 Miroir diรฉlectrique quart-dโonde
1.1.2.4 Filtre passe bande รฉtroite ou Fabry-Perot
1.1.3 Formalisme matriciel des couches minces optiques
1.2 Elรฉments diffractifs optiques
1.2.1 Contexte
1.2.2 Design et production dโEODs
1.2.3 Applications des EODs
1.3 Verres de chalcogรฉnures
1.3.1 Propriรฉtรฉs des chalcogรฉnures
1.3.1.1 Composition et structure des verres de chalcogรฉnures
1.3.1.2 Propriรฉtรฉs optiques
1.3.2 Exemple dโapplications : fibre optiques et mรฉmoire ร changement de phase
1.3.3 Couche minces de chalcogรฉnures
1.4 Conclusion
PARTIE I DEPOT ET CARACTERISATION DE MONOCOUCHES A BASE DE MATERIAUX OXYDES ET NON-OXYDES DEPOSEES PAR EVAPORATION PAR CANON A ELECTRONS
CHAPITRE 2 DEPOT DE MONOCOUCHES PAR EVAPORATION PAR CANON A ELECTRONS
2.1 Introduction
2.1.1 Les techniques de dรฉpรดts de couches minces optiques
2.1.1.1 Le dรฉpรดt chimique en phase vapeur
2.1.1.2 Le dรฉpรดt physique en phase vapeur
2.1.2 Contexte et choix du bรขti pour le dรฉpรดt de couches ร base de verres de chalcogรฉnures
2.2 Mise en fonctionnement du bรขti Balzers BAK600
2.2.1 Prรฉsentation du bรขti
2.2.1.1 Description du bรขti
2.2.1.2 Dรฉroulement dโun dรฉpรดt
2.2.2 Paramรจtres de dรฉpรดts contrรดlรฉs par microbalance ร quartz
2.2.2.1 Paramรจtres de dรฉpรดt
2.2.2.2 Paramรจtres de contrรดle PID
2.3 Dรฉpรดt de monocouches minces optiques
2.3.1 Dรฉpรดt de monocouches de Ta2O5
2.3.2 Dรฉpรดt de monocouches de SiO2
2.3.3 Dรฉpรดt de monocouche dโAMTIR-1
2.4 Contrรดle optique in-situ
2.4.1 Principe de fonctionnement dโun contrรดle optique monochromatique in-situ ..
2.4.2 Intรฉrรชts et limites du contrรดle optique monochromatique
2.4.3 Description du systรจme
2.5 Conclusion
CHAPITRE 3 CARACTERISATIONS OPTIQUES DE COUCHES MINCES OPTIQUES
3.1 Introduction
3.2 Paramรจtres optiques dโune monocouche
3.2.1 Indice de rรฉfraction des matรฉriaux
3.2.2 Modรจles de dispersion
3.2.2.1 Modรจles de dispersion classiques
3.2.2.2 Relations de Kramers-Kronig
3.2.2.3 Modรจle de Tauc-Lorentz
3.3 Dรฉtermination dโindices et dโรฉpaisseurs par spectrophotomรฉtrie
3.3.1 Introduction ร la spectrophotomรฉtrie
3.3.1.1 Principe du spectrophotomรจtre
3.3.1.2 Perkin Elmer Lambda 1050
3.3.2 Mรฉthodes de dรฉtermination dโindices et dโรฉpaisseurs
3.3.2.1 Mรฉthode des enveloppes
3.3.2.2 Mรฉthode par ajustement de courbes
3.3.3 Mesure et calibration du spectrophotomรจtre
3.3.4 Caractรฉrisation de monocouches de Ta2O5 et SiO2
3.3.4.1 Ta2O5
3.3.4.2 Influence de la vitesse de dรฉpรดt sur les propriรฉtรฉs optiques de monocouches de Ta2O5
3.3.4.3 SiO2
3.3.4.4 Conclusion
3.3.5 Caractรฉrisation dโune monocouche dโAMTIR-1
3.3.5.1 Dispersion dโindice rรฉel et imaginaire
3.3.5.2 Influence de la vitesse de dรฉpรดt sur les propriรฉtรฉs optiques de monocouches dโAMTIR-1
3.3.6 Caractรฉrisation de filtres optiques interfรฉrentiels
3.3.6.1 Principe de la mรฉthode
3.3.6.2 Etude dโun exemple : filtre passe-bande multi-cavitรฉs ร 633 nm
3.4 Conclusion
PARTIE II ELEMENTS OPTIQUES A BASE DE COUCHES MINCES OPTIQUES SPATIALEMENT STRUCTURES
CHAPITRE 4 ETUDE DE LA PHOTOSENSIBILITE DโUNE MONOCOUCHE A BASE DE VERRES DE CHALCOGENURES DEPOSEE PAR EBPVD
4.1 Introduction
4.1.1 Effets photo-induits dans les verres de chalcogรฉnures
4.2 Etude de la photosensibilitรฉ dโune monocouche dโAMTIR-1
4.2.1 Choix de la source dโexposition
4.2.1.1 Loi dโabsorption
4.2.1.2 Photosensibilitรฉ et variation dโindice dโune monocouche en fonction de la rรฉpartition de lโintensitรฉ des champs
4.2.1.3 Distribution dโintensitรฉ du champ รฉlectrique, absorption et choix de la longueur dโonde dโexposition
4.2.2 Caractรฉrisation des effets photo-induits dans les couches dโAMTIR-1
4.2.2.1 Analyse qualitative des effets
4.2.2.2 Etude de la variation dโindice de rรฉfraction N
4.2.3 Stabilitรฉ des monocouches dโAMTIR-1
4.2.3.1 Evolution temporelle dโune monocouche dโAMTIR-1 non exposรฉe
4.2.3.2 Evolution temporelle dโune monocouche dโAMTIR-1 aprรจs exposition
4.2.3.3 Evolution temporelle de la photosensibilitรฉ dโune monocouche dโAMTIR-1
4.3 Conclusion
CHAPITRE 5 FABRICATION DโELEMENTS OPTIQUES DIFFRACTIFS DANS LE VOLUME DโUNE MONOCOUCHE DE VERRE DE CHALCOGENURES
5.1 Elรฉments optiques diffractifs et verres de chalcogรฉnures
5.1.1 Introduction
5.1.2 Epaisseur physique des couches
5.1.3 Design de la structure multicouches pour la rรฉalisation dโEODs
5.2 Mise en forme de faisceau et design dโEODs
5.2.1 Introduction au design dโEODs
5.2.2 Algorithme de design dโEODs
5.2.2.1 Principe
5.2.2.2 Paramรจtres de modรฉlisation numรฉrique
5.2.2.3 Initialisation de lโalgorithme
5.2.2.4 Convergence
5.2.3 Validation de lโalgorithme et rรฉsultat numรฉrique
5.2.3.1 Motifs diffractifs non binaire
5.2.3.2 Motifs diffractifs binaires
5.2.4 Conclusion
5.3 Etude et dรฉveloppement dโun banc optique dโexposition spatialement structurรฉe
5.3.1 Introduction
5.3.2 Modulateur spatial de lumiรจre
5.3.3 Description du montage optique
5.3.4 Caractรฉristiques et performances du banc optique
5.3.4.1 Spรฉcifications de la diode laser dโexposition
5.3.4.2 Imagerie des motifs gรฉnรฉrรฉs par la matrice de micro-miroirs
5.4 Fabrication dโEODs binaires
5.4.1 Fabrication et caractรฉrisation de la structure multicouche
5.4.1.1 Dรฉpรดt dโune structure multicouche dโรฉpaisseur supรฉrieure ร 10 ฮผm par EBPVD
5.4.1.2 Caractรฉrisation spectrophotomรฉtrique de la structure de la multicouche
5.4.2 Dรฉmonstration expรฉrimentale dโEODs de volume
5.4.2.1 Caractรฉrisation de la diode de contrรดle
5.4.2.2 Gรฉnรฉration de faisceau dโordre supรฉrieur
5.4.2.3 Transformation dโun faisceau gaussien en Top-hat
5.4.2.4 Gรฉnรฉration dโune matrice de points
5.4.3 EOD binaire sur lentille sphรฉrique
5.5 Conclusion
CHAPITRE 6 EXPLOITATION DES COUCHES MINCES DโAMTIR-1 PHOTOSENSIBLES DANS LES FILTRES OPTIQUES INTERFERENTIELS
6.1 Introduction
6.2 Filtres interfรฉrentiels bande รฉtroite avec cavitรฉ ร base de verre de chalcogรฉnures
6.2.1 Fabry-Perot constituรฉ dโune cavitรฉ en AMTIR-1
6.2.2 Mรฉthode dโexposition pour le contrรดle local de la longueur dโonde de centrage dโun filtre bande รฉtroite
6.2.3 Fabry-Perot spatialement structurรฉ
6.2.3.1 Fabry-Perot ร motif en damier
6.2.3.2 Fabry-Perot ร marches et ร gradient
6.2.3.3 Discussion et analyse des rรฉsultats obtenus
6.2.4 Conclusion
6.3 Gรฉnรฉralisation de lโapplication des couches minces ร base de chalcogรฉnures aux filtres interfรฉrentiels
6.3.1 Introduction des verres de chalcogรฉnures dans les filtres dichroรฏques passe-haut
6.3.2 Contrรดle de la rรฉflexion rรฉsiduelle dโun traitement antireflet
6.3.2.1 Design du filtre
6.3.2.2 Rรฉsultats et discussions
6.4 Conclusion
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
REFERENCES
Tรฉlรฉcharger le rapport complet