Chalcogenide glasses for infrared optical range
Guides d'ondes en verres de chalcogénures pour la détection infrarouge d'espèces (bio)chimiques
Résumé
Chalcogenide glasses are original materials with a large transparency window in the mid-infrared, high refractive index and low phonon energy. These properties allow them to be used as infrared sensors. My present work is about optical fibers and thin films development for sensors applications.
The development of thin films belonging to the Ge-(Ga)-Sb-S system, prepared by RF-sputtering or pulsed laser deposition, was described. High morphological and structural qualities of thin films were confirmed by SEM, AFM, Raman, near field, etc. Rib waveguides were produced by dry etching and their optical guiding characteristics were measured. These first results are promising for the future.
Optical fibers belonging to the Te-As-Se system were realized. The efficiency of these fibers for evanescent wave spectroscopy was demonstrated between 2 and 12 µm and validated thanks to numerous applications. In the field of the food safety, the goal was to detect pathogens in some food products and to differentiate them from each others. Discrimination was made possible thanks to statistical methods which take advantage of spectra. These statistical methods also highlight metabolic modifications in hepatic pathologies.
Chalcogenide glasses have proven to be useful for Surface Plasmonic Resonance (SPR). Prisms made of sulfide were realized and first results about specific detection of toxic molecules were obtained on the framework of a program led with Ifremer on sea food protection.
The development of thin films belonging to the Ge-(Ga)-Sb-S system, prepared by RF-sputtering or pulsed laser deposition, was described. High morphological and structural qualities of thin films were confirmed by SEM, AFM, Raman, near field, etc. Rib waveguides were produced by dry etching and their optical guiding characteristics were measured. These first results are promising for the future.
Optical fibers belonging to the Te-As-Se system were realized. The efficiency of these fibers for evanescent wave spectroscopy was demonstrated between 2 and 12 µm and validated thanks to numerous applications. In the field of the food safety, the goal was to detect pathogens in some food products and to differentiate them from each others. Discrimination was made possible thanks to statistical methods which take advantage of spectra. These statistical methods also highlight metabolic modifications in hepatic pathologies.
Chalcogenide glasses have proven to be useful for Surface Plasmonic Resonance (SPR). Prisms made of sulfide were realized and first results about specific detection of toxic molecules were obtained on the framework of a program led with Ifremer on sea food protection.
Les verres de chalcogénures sont des matériaux originaux avec un large domaine de transparence dans le moyen infrarouge, de forts indices de réfraction et de faibles énergies de phonons. Les travaux de recherche présentés ici concernent l'élaboration de fibres optiques et de couches minces en vue de leurs applications finales comme capteur.
L'élaboration de films minces du système Ge-(Ga)-Sb-S, préparés par pulvérisation cathodique et ablation laser, a été décrite. L'obtention de couches minces avec de hautes qualités morphologiques, structurales et optiques a été vérifiée par MEB, AFM, Raman, m-lines, champ proche, ... Notre choix s'est porté sur la gravure physique pour obtenir des guides canaux, les pertes optiques mesurées donnent des valeurs encourageantes entre 0,6 et 1 dB/cm. Ces résultats ouvrent la voie à des applications ciblées de type capteur, par exemple, pour lesquelles l'intégration sous forme planaire répondrait aux besoins de miniaturisation ou de robustesse.
Des fibres optiques appartenant au système Te-As-Se ont été réalisées. L'efficacité de ces fibres pour la spectroscopie infrarouge par onde évanescente a été montrée dans la région 2-12 µm et validée par son utilisation dans différentes applications. Dans le domaine de l'agro-alimentaire, le but était de détecter la présence de germes pathogènes (salmonelle, listéria, staphylocoque doré) dans des matrices alimentaires et de différencier les germes entre eux. Cette discrimination a été rendue possible par la mise au point de méthodes d'analyses statistiques, tirant le meilleur parti des spectres. Ces méthodes d'analyses ont aussi permis de mettre en évidence des modifications métaboliques pour des pathologies hépatiques (cirrhose alcoolique, hémochromatose saturée et désaturée et hépatosidérose dysmétabolique). Cette étude a été menée en collaboration avec le CHU et l'UMR 522 de l'INSERM de Rennes.
Les verres de chalcogénures se sont également révélés utiles pour mettre en œuvre des expériences de résonance plasmonique de surface (SPR). En collaboration avec l'IFREMER, la réalisation de prismes en verres de sulfures a été montrée et des résultats préliminaires sur la détection de l'accroche spécifique d'une toxine à la surface du prisme ont été obtenus.
L'élaboration de films minces du système Ge-(Ga)-Sb-S, préparés par pulvérisation cathodique et ablation laser, a été décrite. L'obtention de couches minces avec de hautes qualités morphologiques, structurales et optiques a été vérifiée par MEB, AFM, Raman, m-lines, champ proche, ... Notre choix s'est porté sur la gravure physique pour obtenir des guides canaux, les pertes optiques mesurées donnent des valeurs encourageantes entre 0,6 et 1 dB/cm. Ces résultats ouvrent la voie à des applications ciblées de type capteur, par exemple, pour lesquelles l'intégration sous forme planaire répondrait aux besoins de miniaturisation ou de robustesse.
Des fibres optiques appartenant au système Te-As-Se ont été réalisées. L'efficacité de ces fibres pour la spectroscopie infrarouge par onde évanescente a été montrée dans la région 2-12 µm et validée par son utilisation dans différentes applications. Dans le domaine de l'agro-alimentaire, le but était de détecter la présence de germes pathogènes (salmonelle, listéria, staphylocoque doré) dans des matrices alimentaires et de différencier les germes entre eux. Cette discrimination a été rendue possible par la mise au point de méthodes d'analyses statistiques, tirant le meilleur parti des spectres. Ces méthodes d'analyses ont aussi permis de mettre en évidence des modifications métaboliques pour des pathologies hépatiques (cirrhose alcoolique, hémochromatose saturée et désaturée et hépatosidérose dysmétabolique). Cette étude a été menée en collaboration avec le CHU et l'UMR 522 de l'INSERM de Rennes.
Les verres de chalcogénures se sont également révélés utiles pour mettre en œuvre des expériences de résonance plasmonique de surface (SPR). En collaboration avec l'IFREMER, la réalisation de prismes en verres de sulfures a été montrée et des résultats préliminaires sur la détection de l'accroche spécifique d'une toxine à la surface du prisme ont été obtenus.
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