Intégrer un cristal photonique en niobate de lithium à une fibre optique ? Grâce à la réalisation d’un tel dispositif, les chercheurs de l’Institut FEMTO-ST sont en passe de franchir un cap technologique aux conséquences certaines pour la fabrication de capteurs micrométriques et ultrasensibles.
Le niobate de lithium est un matériau chouchou à l’Institut FEMTO-ST, où depuis vingt-cinq ans des chercheurs en optique s’ingénient à en exploiter les propriétés, très adaptées à la réalisation de capteurs et de modulateurs miniatures pour des applications en médecine ou militaires.
Très difficile à graver, il s’est cependant laissé apprivoiser grâce à des techniques de microfabrication parfaitement maîtrisées à la centrale de technologie bisontine MIMENTO.
Sa structuration sous forme de cristaux photoniques représente une petite révolution à l’aube des années 2000, et ouvre alors la voie à la fabrication de composants optoélectroniques réduits d’un facteur 1 000. Aujourd’hui, la mise au point de couches très minces de niobate de lithium donne aux chercheurs la possibilité d’aller plus loin dans la géométrie de la structuration des cristaux photoniques, et mieux encore, d’intégrer ces derniers à une fibre optique. « Coupler de la lumière à une nanostructure est le grand problème de la nanotechnologie », explique Maria-Pilar Bernal, chercheuse CNRS en optique à FEMTO-ST, qui a toujours compté parmi les fervents partisans du niobate de lithium et se félicite d’une expérience qui pourrait bien annoncer une rupture de technologie dans le domaine.
Rappelons que le niobate de lithium est non métallique : il ne chauffe pas plus qu’il ne perturbe la réception d’un signal électromagnétique. En outre, ses propriétés optiques se transforment sous l’influence de champs électriques ou acoustiques, d’un faisceau lumineux ou encore d’un changement de température. Ces propriétés ont le pouvoir de s’amplifier à mesure que la dimension du cristal diminue.
La plaquette en niobate de lithium forme un cristal photonique de 9 microns de diamètre couplé avec la fibre optique
Motivés par cette obsession de maîtriser l’infiniment petit, les chercheurs et ingénieurs de FEMTO-ST, sous la houlette de Florent Bassignot et avec les moyens de la plateforme MIMENTO, ont réussi à réaliser un collage puis un polissage de niobate de lithium sur de la silice, amenant à une couche d’une épaisseur de 700 à 800 nanomètres contre 500 microns auparavant. Le centre de la surface est ensuite percé de trous pour créer un cristal photonique. Placer cette minuscule plaquette au bout d’une fibre optique de 125 microns de diamètre est encore une affaire de collage de haute précision.
Seule la surface du cristal photonique est couplée au cœur de la fibre, qui laisse passer la lumière sur 9 microns de diamètre. Les variations de l’intensité lumineuse et de la longueur d’onde de la lumière, lorsqu’elle revient dans la fibre, indiquent la détection d’un signal électromagnétique par le cristal photonique.
Ce couplage fibre optique / cristal photonique en niobate de lithium, « inimaginable il y a encore trois ans », est le fruit de recherches menées pour la DGA française qui souhaite bénéficier d’un matériel de détection fibré, peu encombrant et très sensible. Le programme ASTRID, né en mars dernier et piloté par FEMTO-ST, reçoit la collaboration des sociétés PHOTLINE et KAPTEOS, et le soutien de FEMTO Engineering, la cellule de transfert de l’Institut FEMTO-ST.
Contact : Maria-Pilar Bernal
Institut FEMTO-ST
Université de Franche-Comté / ENSMM / UTBM / CNRS
Tél. (0033/0) 3 81 66 64 10
