Des scientifiques de l’Université Laval, dont notre propre Simon Duval, ont récemment publié un article sur une « nouvelle technique de fabrication pour la création de dispositifs photoniques en surface dans les polymères » en utilisant des lasers femtosecondes dans le moyen-infrarouge. Dans cet article, nous explorerons les origines et les implications de cette percée.
Comment fonctionnent les guides d’ondes optiques de surface?
Les guides d’ondes optiques permettent la transmission de la lumière de A à B via des structures de guidage. L’exemple le plus célèbre est celui des fibres optiques, largement utilisées dans les réseaux de télécommunication. Cela est possible grâce au phénomène de réflexion totale interne, où la lumière peut être réfléchie à la limite de deux milieux en fonction de son angle et de la différence entre les indices de réfraction des matériaux. Dans les fibres optiques, cela signifie que les signaux lumineux ne peuvent pas s’échapper de leur cœur en verre (à fort indice de réfraction) car ils rebondissent sur la gaine en polymère (à faible indice de réfraction).
Un autre moyen de créer des guides d’ondes consiste à augmenter localement l’indice de réfraction d’un matériau. Cela peut être réalisé en frappant le matériau avec un faisceau laser fortement absorbant, ce qui est un processus très rapide, précis et reproductible. Comme illustré sur l’image, le volume gris traité a un indice de réfraction plus élevé que ce qui est montré en blanc. Lorsqu’il pénètre dans le matériau gris à indice élevé, la lumière rebondit sur les zones d’indice plus élevé et est ensuite guidée à travers le canal. Elle sera également réfléchie à la surface supérieure, car l’air a un indice de réfraction plus bas que toute zone du matériau, c’est pourquoi on l’appelle un guide d’ondes optiques de surface.
Les guides d’ondes de surface peuvent être utilisés pour différentes applications : surveillance de la température ou de la pression, identification de substances, niveaux de concentration, etc. Pour de telles applications de détection, la lumière est guidée à travers le guide d’ondes de surface et l’intensité est mesurée à l’autre extrémité. Si l’indice de réfraction de la substance en contact avec la surface extérieure du guide d’ondes change, alors l’intensité de la lumière à l’extrémité réceptrice changera également en conséquence. En caractérisant la relation entre les indices de réfraction et d’autres paramètres, ceux-ci peuvent être détectés via le guide d’ondes de surface.
Processus d’inscription de guides d’ondes de surface scalable et précis dans le PMMA et le polycarbonate.
Ce que l’équipe a dévoilé est un processus de fabrication reproductible pour la production à grande échelle de capteurs ou dispositifs personnalisés à faible coût, démocratisant ainsi cette technologie de détection pour un public beaucoup plus large. Les polymères sont des matériaux bon marché et biocompatibles, et maintenant il existe une méthode pour transformer presque n’importe quel plastique en un dispositif de détection de haute technologie. Ce processus nécessite une correspondance entre la longueur d’onde d’un laser et la bande d’absorption d’un matériau afin de changer l’indice de réfraction à la surface du matériau, sans causer de déformation ou de brûlure supplémentaire de la matrice.
L’article valide la « sensibilité et précision inégalées » des capteurs à base de PMMA et de polycarbonate. « La morphologie du guide d’ondes permet la confinement de la lumière jusqu’à l’interface même du polymère avec le milieu externe, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour des applications améliorées de détection et de sondage. »
L’UltraTune 3400 de Femtum s’impose comme le laser de choix pour le traitement des biocapteurs polymères. Avec une source réglable entre 2,8 et 3,4 µm, les fabricants peuvent créer des guides d’ondes dans presque tous les polymères à grande vitesse.
