Étude et conception d’une pointe à fibre optique (sonde optique)

Comportement optique

L‟évaluation la plus sure de la qualité optique d‟une sonde, notamment leur résolution, est donnée par l‟analyse des images d‟objets tests dotés de structures suffisamment fines, par exemple des trous réalisés dans une couche métallique. Les particules ou molécules fluorescentes constituent des tests de résolution optique plus faciles à découpler de la topographie, notamment en réflexion.
La lithographie permet par ailleurs de réaliser une image de la répartition d‟intensité lumineuse au voisinage de la pointe. L‟avantage est pouvoir effectuer aussitôt la lecture de cette tache élémentaire avec la sonde elle-même. La réponse dépend de la réaction du milieu photosensible : s‟il s‟agit d‟une variation de transmittance ou de réflectance, elle ressemble à l‟auto corrélation de la tache : s‟il s‟agit d‟une variation topographique, la réponse est plus complexe car elle dépend aussi de la forme de la pointe.
Il est souvent souhaitable d‟évaluer partiellement les performances des sondes au cours du processus de fabrication avant qu‟elles ne soient implantées dans la tête du microscope. La première vérification nécessaire pour la mise au point de toute nouvelle méthode est le contrôle de la forme de la pointe au microscope électronique.
Le microscope doit être utilisé au mieux de sa résolution (courte distance de travail) si on veut visualiser la qualité d‟une pointe métallisée (forme et symétrie de l‟ouverture, granularité de la couche,…..etc.
L‟examen du faisceau émis par la sonde, avant toute prise d‟image, s‟il ne donne pas accès à la résolution, permet toutefois d‟éliminer les sondes trop défectueuses. Il est généralement constitué, pour la sonde non métallisée, d‟anneaux dont la symétrie nous renseigne sur la qualité de la pointe. G. Valaskovic & al. [54] utilisent l‟immersion dans une suspension de microbilles pour évaluer la partie de la sonde réellement éclairée par l‟onde guidée dans le taper : cette zone doit être aussi réduite que possible pour optimiser le rendement lumineux de la sonde.
Cette analyse peut être affinée en étudiant le halo diffracté par la sonde placée dans une configuration « STOM inversé», à proximité de la lentille demi-boule servant de support. Il faut étudier essentiellement la partie sur-critique du faisceau réfracté dans la lentille car elle participe à la haute résolution des images. Cette analyse est d‟autant plus pertinente que l‟indice de lentille est élevé.
Plus simplement, dans ce type de configuration (STOM ou STOM inversé sur critique), la courbe d‟approche (c‟est-à-dire la variation de type exponentielle du signal en fonction de la distance de la sonde à la surface de la lentille) donne une indication utile sur l‟état de la pointe et son rendement.
Enfin, des mesures de la polarisation sur le faisceau émis par la sonde peuvent être reliées à l‟anisotropie de la nano-ouverture pour une pointe métallisée. Elles sont délicates car elles supposent une maîtrise de la polarisation à l‟entrée du taper.

Comportement thermique

Une des limites les plus sévères imposées au signal optique, lorsqu‟on utilise une sonde émettrice métallisée, est imposée par l‟absorption de la lumière par la couche métallique. Elle entraîne un échauffement important de la sonde au voisinage de l‟extrémité. Les mesures effectuées à l‟aide d‟un micro-thermocouple [55] (fig. I.8) indiquent une élévation de température locale de l‟ordre de 200°C pour une puissance injectée de 6mW.Elle détruit la couche lorsqu‟elle atteint 400°C [56]. Une équipe a récemment proposé d‟améliorer l‟adhérence du métal et la résistance de la sonde, notamment aux faisceaux pulsés (typiquement 270μJ/10ns) en procédant à un dépôt de multicouches AL-Ti [https://www.chatpfe.com]. Bien avant d‟atteindre la destruction de la sonde, l‟échauffement peut avoir un effet observable sur le signal optique lorsque la lumière, donc la température, est modulée à basse fréquence. Les dimensions de la sonde sont modulées, notamment sa longueur, ce qui peut perturber le signal topographique.

Applications de la microscopie optique en champ proche

Il existe de nombreux exemples d‟applications de la microscopie optique en champ proche SNOM en biologie et biochimie, que ce soit dans l‟analyse biomoléculaire, l‟étude de la fluorescence d‟échantillons biologiques, de propriétés des protéines, ou encore la détection de molécule unique. Le couplage entre la spectroscopie Raman et le champ proche optique se développe également depuis une dizaine d‟années.De nombreux travaux de champ proche optique se sont également portés sur la spectroscopie de matériaux semi-conducteurs nano-structurés.La première expérience reportée dans ce domaine consistait à étudier les recombinaisons excitoniques dans un puits quantique de GaAs/AlGaAs, étude reprise sur des structures de plus basse dimensionnalité : fils quantiques, boites quantiques de GaAs, d‟InGaAs, de CdTe .La cartographie de champ et la mesure du champ électromagnétique confiné permettent l‟étude et l‟imagerie de plasmons de surface et la cartographie des modes d‟un guide.La localisation du champ électromagnétique permet également l‟utilisation de la microscopie optique en champ proche en nano-photolithographie. Notons que cette liste d‟applications de la microscopie optique en champ proche ne saurait être exhaustive.

Le rapport de stage ou le pfe est un document d’analyse, de synthèse et d’évaluation de votre apprentissage, c’est pour cela chatpfe.com propose le téléchargement des modèles complet de projet de fin d’étude, rapport de stage, mémoire, pfe, thèse, pour connaître la méthodologie à avoir et savoir comment construire les parties d’un projet de fin d’étude.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Propriétés des sondes optiques en champ proche
I.1 Introduction
I.2 Traitement tertiaire des eaux usées
I.3 Considérations générales sur le champ proche optique
I.3.1 Champ lointain
I.3.2 Champ proche
I.4 Différents types de microscopes optiques en champ proche
I.4.1 Sondes avec ouverture
I.4.2 Microscopies à pointes sans ouverture (ou « Aperturless »)
I.5 Rôle de la sonde dans la formation des images optiques
a-Modèle analytique pour le PSTM
b- Fonction de transfert
I.6 Aperçu théorique
I.7 Caractérisation des sondes
I.7.1 Comportement optique
I.7.2 Comportement thermique
I.8 Applications de la microscopie optique en champ proche
I.9 conclusion
Chapitre II : Etude et conception d’une pointe à fibre optique (sonde optique)
II-1 Introduction
II-2 Fibre optique
II-3 Fabrication des pointes
II-3-1 Attaque chimique
II-3-1-1 Méthode de Turner
II-3-1-2 Méthode dite du ”tube- etching ”
II-3-2 Pointes réalisées par étirage
II-3 -3 Métallisation
II-4 Bilan sur la fabrication des pointes utilisées en SNOM
II-5 Conclusion
Chapitre III : Méthode du faisceau propagé BPM
III.1 Introduction III.2 Equations vectorielles de propagation des ondes
III.3 Description de la méthode BPM
III.4 Condition de simulation
III.5 Simulation numérique de la BPM
III.5.1 Simulation temporelle
III.5.2 Simulation spatiale
III.5.3 Simulation spatio-temporelle
III.6 La Simulation par BPM
III.7 Théorie générale de la méthode BPM
III.8 La formulation mathématique de la BPM
III.8.1 BPM-FFT
III.8.2 BPM-FD
III.9 Avantages et inconvénients de la BPM classique; améliorations possibles
III.10. Conclusion
Chapitre IV : Simulation et optimisation du champ dans une microsonde optique par la « Free BPM »
IV.1 introduction
IV.2 Entré des données
IV.2.1 Paramètres de simulation
IV.2.2 Paramètres d’entrée
IV.2.3 Paramètres optiques
IV.2.4 Paramètres de la couche guidante
IV.2.5 Paramètres du système
IV.3 Résultats et discussion
IV.3.1 1er structure (sonde 1)
IV.3.2 2eme structure (sonde 2)
Conclusion générale
Références bibliographiques