Development of integrated photonics spectroscopic sensors in the mid-Infrared
Développement de capteurs spectroscopiques en photonique intégrée dans le moyen infrarouge
Résumé
In recent years, there has been rowing scientific interest in the development of photonic circuits in the mid-infrared (mid-IR) range dedicated to optical sensing applications. The presence of absorption bands exhibited by various toxic and polluting molecules within this wavelength range renders mid-IR sensors well-suited to cater to a diverse array of users, with various advantages such as reduced manufacturing costs and compact devices. However, these circuits must be fabricated from materials that are transparent in the mid-IR range Chalcogenide glasses (ChGs) and porous silicon (PSi) have great potential for the design of such circuits. ChGs offer a large transparency range from near-infrared to 20 µm, while PSi is transparent from 1 to 8 µm. ChGs can be used for evanescent field spectroscopy, while PSi can improve interaction with target molecules through its open pores allowing for volume detection. This work is dedicated to the development of integrated mid-IR optical sensors based on both ChGs and PSi platforms. The integrated circuits are first fabricated and then characterized using an optical bench adapted for the mid-IR. Transduction tests are conducted for proof of concept with various analytes in gas or liquid phase, targeting absorption peaks around 4 and 7µm.
Ces dernières années, un intérêt scientifique croissant s'est manifesté pour le développement de circuits photoniques dans le moyen infrarouge (MIR) dédiés aux applications de capteurs. La présence, dans cette plage de longueurs d'onde, des bandes d'absorption affichées par plusieurs molécules toxiques et polluantes rend les capteurs MIR bien adaptés pour répondre à une gamme diversifiée d'utilisateurs, avec divers avantages tels que des coûts de fabrication réduits et la compacité des dispositifs. Cependant, ces circuits doivent être fabriqués à partir de matériaux transparents dans le MIR. Les verres de chalcogénure (ChGs) et le silicium poreux (SiP) présentent un grand potentiel pour la conception de tels circuits. Les ChGs offrent une large transparence allant du proche infrarouge à 20 µm, tandis que le SiP est transparent de 1 à 8 µm. Les ChGs peuvent être utilisés pour la spectroscopie par champ évanescent, tandis que le SiP peut améliorer l'interaction avec les molécules ciblées grâce à ses pores ouverts permettant la détection de volume. Ce travail est dédié au développement de capteurs optiques intégrés MIR à partir des deux plateformes ChGs et SiP. Les circuit intégrés sont d’abord fabriqués puis caractérisés grâce à un banc optique adapté pour le MIR. Des tests de transduction sont menés pour la preuve de concept avec des analytes en phase gazeuse ou liquide pour des longueur d’onde autour de 4 et de 7µm.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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