DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
Figure 2.( a) Exemples de caractéristiques d’ un laser QCL dans le Moyen infrarouge,( b) exemple de résultat par spectroscopie par diode laser accordable, insert: spectre d’ absorption du CO autour de 4,5 µ m,( c) exemple de résultat par spectroscopie par modulation de longueur d’ onde.
ajustée( figure 2a) en jouant sur le courant pour sonder des raies d’ absorption spécifiques des molécules à détecter( Figure 2b et insert). Cette approche offre une excellente résolution spectrale et permet des mesures rapides et ciblées. Toutefois, elle est contrainte par la plage d’ accordabilité des lasers disponibles, ainsi que par leur coût et leur sensibilité aux dérives thermiques et instabilités du laser.
Enfin, la spectroscopie par modulation de longueur d’ onde( Wavelength Modulation Spectroscopy, WMS) introduit une modulation périodique de la longueur d’ onde autour d’ une raie d’ absorption, combinée à une détection synchrone permettant la détection du signal à des harmoniques spécifiques( 1f, 2f). Cette technique permet de s’ affranchir en grande partie du bruit basse fréquence et d’ atteindre des limites de détection nettement plus faibles( Figure 2c). En contrepartie, elle nécessite un traitement du signal plus élaboré ainsi qu’ une calibration précise pour relier les signaux mesurés aux concentrations analytiques. Cette méthode permet ainsi d’ obtenir des LoD plus faibles et une bonne robustesse vis à vis des fluctuations de puissance.
Le choix de la technique dépend du compromis recherché entre simplicité expérimentale, sensibilité et sélectivité, en fonction des contraintes applicatives, des performances visées et du coût associé.
DIFFÉRENTES STRUCTURE DE TRANSDUCTION EN PHOTONIQUE INTÉGRÉE Une façon de diminuer la limite de détection est d’ augmenter le facteur de confinement externe en jouant sur l’ architecte des guides d’ onde intégrés comme transducteur optique.
Transduction par onde évanescente L’ un des mécanismes de transduction exploités dans les capteurs en optique intégrée repose sur l’ interaction par onde évanescente comme illustrée sur la figure 1. Une fraction du champ électromagnétique associée à un mode optique confiné dans un guide d’ onde s’ étend au-delà de l’ interface couche guidante / superstrat et interagit ainsi avec les molécules présentes dans le superstrat. Lorsque la longueur d’ onde du mode optique propagé dans le guide d’ onde correspond à une raie d’ absorption des espèces présentes dans le superstrat, la lumière sera absorbée de façon plus ou moins importante en fonction de la concentration des molécules présentes. La longueur d’ onde permet donc de sélectionner l’ analyte à détecter et la puissance collectée permet d’ en déduire la concentration de ces molécules.
Dans le but d’ augmenter la sensibilité du capteur développé, plusieurs études cherchent à optimiser le facteur de confinement externe du champ évanescent en réduisant les dimensions du guide d’ onde au niveau de la zone de transduction pour
Figure 3. Schéma d’ un guide d’ onde en matériaux poreux avec présence de molécules absorbantes dans le superstrat mais également infiltrées dans la couche guidante et la couche de confinement, b) image obtenue par microscopie électronique à balayage d’ un guide d’ onde en silicium poreux [ 1, 3 ].
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