Le développement de capteurs pour la détection de molécules présentes en très faible concentration est un enjeu sociétal et économique. Il permet de répondre à des besoins de mesure d’analytes dans les secteurs de la santé, de la défense ou encore de l’environnement. Les capteurs optiques intégrés possèdent plusieurs avantages permettant de répondre à ces problématiques.
Dans cette thèse, des capteurs optiques intégrés à base de deux micro-résonateurs sont développés. Ils fonctionnent dans le domaine du proche infrarouge et permettent de détecter des molécules d’intérêt dans un échantillon biologique.
Dans un premier temps, les critères de performances comme la sensibilité ou la limite de détection de micro-résonateurs seuls sont définis et optimisés. Puis, l’intérêt de transducteurs à base de deux micro-résonateurs cascadés ou insérés dans une structure interférométrique de type Mach-Zehnder permettant d’utiliser l’effet Vernier est mis en avant. Un algorigramme permettant d’optimiser la conception des transducteurs à effet Vernier est mis en place. Son efficacité est démontrée par la fabrication d’un transducteur à effet Vernier en matériaux polymères qui possède des performances dans l’état de l’art.
Ensuite, des transducteurs en matériau silicium poreux sont étudiés. Ce matériau poreux permet d’augmenter la sensibilité du capteur en facilitant le greffage des analytes dans la structure. Les guides en silicium poreux pour la réalisation de micro-résonateurs simples sont optimisés théoriquement. L’avantage de l’utilisation conjointe de guides en polymères et en silicium poreux couplés sur la même puce intégrée, qui permet à la fois de réduire les pertes de propagation optique et d’augmenter la sensibilité du transducteur, ainsi qualifié d’hybride, est détaillé dans ce manuscrit. Les performances en sensibilité et limite de détection de transducteurs à effet Vernier hybride fabriqués à l’aide de guides en silicium poreux et en polymères sont étudiées théoriquement afin de prédire les performances de ces dispositifs. Enfin la mise en œuvre et les premiers essais de fabrication de transducteurs hybrides avec des guides en polymères et en silicium poreux sont détaillés.
| Anne TALNEAU | Directrice de Recherche CNRS, C2N, Orsay | Rapportrice |
| Laurent BECHOU | Professeur, IMS, Univ Bordeaux | Rapporteur |
| Maria-Pilar BERNAL | Directrice de Recherche CNRS, Femto-ST, Besançon | Examinatrice |
| Olivier GAUTHIER-LAFAYE | Directeur de Recherche CNRS, LAAS, Toulouse | Examinateur |
| Nathalie LORRAIN | Maître de conférences, Institut Foton, Univ Rennes 1 | Co-encadrante de thèse |
| Monique THUAL | Professeur, Institut Foton, Univ Rennes 1 | Co-directrice de thèse |
| Mohammed GUENDOUZ | Maître de conférences HDR, Institut Foton, Univ Rennes 1 | Directeur de thèse |
Le manuscrit est disponible sur TEL : tel-02021161
La soutenance a été enregistrée, mot de passe : "paul"