OPTRONIQUE & infrarouge DOSSIER du guide d’ onde en termes géométrique et de contraste d’ indice permettrait d’ optimiser cette valeur.
Le signal propagé va alors subir une atténuation qui va se rajouter à celle engendrée par les pertes de propagation de la structure guidante. La relation de Beer-Lambert s’ écrit donc en tenant en compte de l’ atténuation des molécules à détecter:
P( λ) = p 0( λ) e – α( λ) L – Γ( λ) ϵ( λ) Cl
Avec P et P 0 les puissances optiques respectivement à la sortie et à l’ entrée du guide, α les pertes de propagation de la plateforme, L la longueur du guide d’ onde, Γ le facteur de confinement externe, ϵ le coefficient d’ absorption molaire, C la concentration des molécules absorbantes et l la longueur d’ interaction entre les molécules absorbantes et le mode optique.
Ainsi, la sensibilité du dispositif est définie comme la variation de la puissance optique de sortie en fonction de la concentration de l’ analyte C. Elle peut être déterminée en dérivant l’ expression précédente par rapport à C [ 1, 2 ]
S = | dP( λ)— dC
| Γ( λ) ϵ( λ) l p 0( λ) e – α( λ) L – Γ( λ) ϵ( λ) Cl
Il existe ainsi à partir de cette relation, une longueur optimale lopt de la partie transductrice pour laquelle la sensibilité est maximale telle que:
1 l opt =— Γ( λ) ϵC + α( λ)
La concentration minimale de l’ analyte notée C min mesurable par le capteur représente donc la limite de détection( LoD). Ainsi, en prenant en compte l’ ensemble de la chaine de mesure, la puissance optique minimale P min détectable par le détecteur est définie comme la différence entre la puissance optique correspondant à une concentration nulle P( C = 0) et la puissance optique pour cette concentration minimale [ 2 ]. Elle dépend des caractéristiques du photodétecteur infrarouge( la puissance équivalente de bruit( NEP), la bande passante( B) et le rapport signal sur bruit( SNR) qui tient compte des pertes de couplage à l’ entrée et à la sortie du guide d’ onde) et s’ écrit selon la relation suivante: P min = P( C = 0) – P( C min) = S N R N E P √— B
Ainsi en utilisant les caractéristiques du photodétecteur infrarouge et les équations précédentes, il est possible d’ exprimer C min comme suit:
—]
– ln
C min
[ 1 – SNRNEP√— B
P 0exp(– αL opt) =——
Γ ε L opt
Ainsi, ce paragraphe établit les critères de conception des guides d’ onde en tant que transducteur, notamment le dimensionnement géométrique du guide et son contraste d’ indice en vue d’ optimiser le facteur de confinement externe Γ. Il souligne en outre que la limite de détection dépend de l’ ensemble de la chaîne de mesure, dont l’ optimisation conditionne l’ obtention d’ une sensibilité maximale et, par conséquent, d’ une LoD minimale.
Techniques de détection par spectroscopique infrarouge Les principales techniques de spectroscopie d’ absorption dans le moyen infrarouge reposent sur des approches différentes pour mesurer l’ atténuation de la lumière par une espèce moléculaire cible en fonction de la longueur d’ onde. Elles se distinguent par leur complexité instrumentale, leur sensibilité et leur robustesse face au bruit.
Ainsi, la spectroscopie d’ absorption par détection directe( Direct Absorption Spectroscopy, DAS) consiste à mesurer directement la diminution d’ intensité de la lumière guidée après interaction avec les molécules cibles, en fonction de la longueur d’ onde. Simple à mettre en œuvre et directement interprétable, elle permet d’ obtenir un spectre large selon la source utilisée mais reste limitée en sensibilité, notamment en raison de sa forte dépendance aux fluctuations de puissance de la source et aux paramètres du détecteur comme démontré dans le paragraphe précédent.
Afin d’ améliorer la sélectivité et les performances de détection, la spectroscopie d’ absorption par diode laser accordable( Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS) utilise des sources laser dont la longueur d’ onde peut être finement
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