ABSTRACT In this letter we report on the use of an electrochemical process for the fabrication of anti resonant reflecting optical waveguide based on oxidized porous silicon. This method is known to allow the formation of various photonic... more
ABSTRACT In this letter we report on the use of an electrochemical process for the fabrication of anti resonant reflecting optical waveguide based on oxidized porous silicon. This method is known to allow the formation of various photonic structures (Bragg mirror, microcavity), thanks to the easy and in situ modulation of the porosity and thus of the refractive index. Planar anti resonant reflecting optical waveguide structure made from porous silicon is demonstrated to be very effective for low losses as compared to conventional resonant waveguide. Optical measurements carried out for TE and TM polarizations are reported and related to optical sensing.
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Research Interests: Humanities and Polymères
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Climate-active gases, notably carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O), display fundamental absorption bands in the mid-infrared (mid-IR). The detection and monitoring of those gases could be enabled by the development... more
Climate-active gases, notably carbon dioxide (CO2), methane (CH4), and nitrous oxide (N2O), display fundamental absorption bands in the mid-infrared (mid-IR). The detection and monitoring of those gases could be enabled by the development of mid-IR optical sources. Broadband mid-IR on-chip light emission from rare-earth-doped chalcogenide photonic integrated circuits could provide a compact, efficient, and cost-effective gas sensing solution. Mid-IR photoluminescence of dysprosium-doped selenide ridge waveguides obtained under optical pumping at a telecommunication wavelength (∼1.3 µm) is investigated for Dy3+ ion concentrations in the 2500–10,000 ppmw range. CO2 detection at around 4.3 µm is then demonstrated based on absorption of this broadband mid-IR emission.
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Zinc oxide (ZnO) nanofibers and nanopetals were successfully deposited onto mesoporous silicon (meso-PSi), silicon, and glass substrates using zinc acetate via Spray Pyrolysis method. Electrochemical etching of the P-type (100) silicon... more
Zinc oxide (ZnO) nanofibers and nanopetals were successfully deposited onto mesoporous silicon (meso-PSi), silicon, and glass substrates using zinc acetate via Spray Pyrolysis method. Electrochemical etching of the P-type (100) silicon wafer was used to prepare the mesoporous silicon layer. The effects of nozzle diameter and substrate type on the morphological, structural, and optical properties were investigated using XRD, SEM, EDX techniques, FT-IR, and UV-Vis spectrometry. Scanning Electron Microscopy (SEM) confirms the meso-PSi morphology with a diameter varying from 20[Formula: see text]nm to 45[Formula: see text]nm and illustrates the prepared ZnO nanostructures. EDX results show that the ratio of Zn:O is found to be similar to 1:1 for the 3-mm diameter when the oxygen is much higher than the Zn element in the 18-mm diameter. XRD measurements indicated that all films show a hexagonal Wurtzite structure with a variation of crystallographic properties and orientation according t...
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Research Interests: Materials Science, Analytical Chemistry, Biomedical Engineering, Silicon, Nanotechnology, and 14 moreMedicine, Transducers, Surface modification, Porous Silicon, Functionalization, Animals, Biosensor, Refractive Index, Waveguide, Cattle, Biomolecule, Bovine Serum Albumin, Refractometry, and Biosensing Techniques
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International audienceThe implementation of a Mid-InfraRed (MIR) silicon photonics transducer with broad transparency (up to 8 µm) is a challenge that could find applications in spectroscopic sensing and environmental monitoring. Due to... more
International audienceThe implementation of a Mid-InfraRed (MIR) silicon photonics transducer with broad transparency (up to 8 µm) is a challenge that could find applications in spectroscopic sensing and environmental monitoring. Due to silica absorption above 3.6 µm, the conventional silicon-on-insulator platform, used in the near infrared (NIR) wavelength range, is not adapted for MIR broadband silicon photonic integrated circuits. Another approach is to use silicon-on-sapphire or silicon pedestal structures [1]. A waveguide using porous silicon (PSi) layers was also proposed for MIR devices, in which the guiding layer is a silicon layer and the waveguide cladding is a PSi layer created by high-energy proton beam irradiation and electrochemical etching [2]. However, high propagation losses were measured in these structures at 3.39 µm. Several photonic integrated circuits based on PSi were demonstrated in the NIR wavelength range [3, 4]. However, in the MIR, only PSi optical rugate...
Dans cet article, les activites recentes du groupe Optique Guidee et Capteurs du laboratoire Foton en technologie pour loptique integree sont resumees. Les travaux portent sur le developpement de plateformes optiques a base de materiaux... more
Dans cet article, les activites recentes du groupe Optique Guidee et Capteurs du laboratoire Foton en technologie pour loptique integree sont resumees. Les travaux portent sur le developpement de plateformes optiques a base de materiaux specifiques tels que les polymeres, les materiaux poreux et les verres de chalcogenures pour demontrer des applications de traitement du signal optique ou de capteurs dans les domaines societaux de la communication, de la sante et de lenvironnement. Ces circuits integres sont utilises sur une gamme de longueurs donde allant du proche au moyen infra-rouge (MIR).
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A nanocomposite powder Ag–SnO2 was produced at room temperature by reactive ball-milling of mixtures of powders of silver bronze (Ag3Sn) and of silver oxide (Ag2O). Reaction kinetics were investigated for powders ground in air and under... more
A nanocomposite powder Ag–SnO2 was produced at room temperature by reactive ball-milling of mixtures of powders of silver bronze (Ag3Sn) and of silver oxide (Ag2O). Reaction kinetics were investigated for powders ground in air and under vacuum using X-ray diffraction (XRD) analysis, thermal analysis and 119Sn Mössbauer spectrometry. For these two milling conditions, all the results indicate a two-stage reaction
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International audienceRacetrack micro-resonator (MR), made from partially or totally oxidized porous silicon (PS) ridge waveguides fabricated with standard photolithography process, is reported. The design and the technological process... more
International audienceRacetrack micro-resonator (MR), made from partially or totally oxidized porous silicon (PS) ridge waveguides fabricated with standard photolithography process, is reported. The design and the technological process are described including a study of waveguide dimensions that provide single mode propagation. Scanning electronic microscopy observations and optical characterizations clearly show that the MR based on PS ridge waveguides has been well implemented. As the MRs will be used for sensing application, we also present a preliminary theoretical study of the porous MRs sensitivity. A very promising theoretical sensitivity around 1200 nm/RIU (Refractive Index Unit) has been calculated for such porous racetrack MR
International audienceAn optical and hybrid integrated sensor based on Vernier effect principle and implemented with porous silicon and polymer waveguides is studied to detect low concentration of biomarkers such as Bovin Serum Albumin... more
International audienceAn optical and hybrid integrated sensor based on Vernier effect principle and implemented with porous silicon and polymer waveguides is studied to detect low concentration of biomarkers such as Bovin Serum Albumin (BSA). Vernier effect integrated sensor consists of an integrated interferometer micro-resonator (MR) as a reference, cascaded to another integrated interferometer which is sensitive to analyte concentration. In our case two MR are cascaded: a porous silicon MR is used in the part of the sensor where BSA molecules are grafted to benefit from its large specific surface and, its high surfacic sensitivity. Moreover, low propagation losses polymer waveguides are used for the reference part of the structure. The presentation will focus on theoretical study and design of the sensor, particularly on the evanescent coupling between porous silicon and polymer waveguides. Then, the fabrication of the sensor, using standard photolithography will be detailed. Mor...
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Porous germanium is a promising material for sensing applications in the mid-infrared wavelength range due to its biocompatibility, large internal surface area, open pores network and widely tunable refractive index, as well as its large... more
Porous germanium is a promising material for sensing applications in the mid-infrared wavelength range due to its biocompatibility, large internal surface area, open pores network and widely tunable refractive index, as well as its large spectral transparency window ranging from 2 to 15 μm. Multilayers, such as Bragg reflectors and microcavities, based on porous germanium material, are designed and their optical spectra are simulated to enable SF6 gas-sensing applications at a wavelength of 10.55 µm, which corresponds to its major absorption line. The impact of both the number of successive layers and their respective porosity on the multilayer structures reflectance spectrum is investigated while favoring low layer thicknesses and thus the ease of multilayers manufacturing. The suitability of these microcavities for mid-infrared SF6 gas sensing is then numerically assessed. Using an asymmetrical microcavity porous structure, a sensitivity of 0.01%/ppm and a limit of detection (LOD)...
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The mid-infrared (mid-IR) spectral region is of great interest to many areas of science and technology as it contains two important transparency windows (3–5 μm and 8–13 μm) of the Earth’s atmosphere and strong characteristic vibrational... more
The mid-infrared (mid-IR) spectral region is of great interest to many areas of science and technology as it contains two important transparency windows (3–5 μm and 8–13 μm) of the Earth’s atmosphere and strong characteristic vibrational transitions displayed by a large number of molecules. Praseodymium ions (Pr3+) feature characteristic transitions in the mid-IR and transmission range of chalcogenides based materials spans a large part of the mid-IR. The combination of efficient waveguiding properties with mid-IR light emitters would therefore be a key enabler of the development of mid-IR sensors-on-a-chip for health, security and environmental applications. RF magnetron sputtering is used to deposit a Pr3+-doped chalcogenides guiding layer based on the quaternary system composed of Ga, Ge, Sb and Se atoms on different cladding layers. The optical design of integrated ridge waveguides for single-mode propagation at mid-IR wavelengths is presented. Then, the fabrication process of t...
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Les micro-resonateurs (MRs) sont devenus des elements cles de la conception de capteurs optiques integres, car etant plus miniaturises que l’existant, ils s’integrent mieux dans des systemes ''lab-on-chip'', ce qui permet... more
Les micro-resonateurs (MRs) sont devenus des elements cles de la conception de capteurs optiques integres, car etant plus miniaturises que l’existant, ils s’integrent mieux dans des systemes ''lab-on-chip'', ce qui permet aussi de reduire le volume des molecules a detecter. Les MRs sont de plus tres sensibles a la variation d’indice effectif provoquee par la presence de molecules dans le milieu de detection. Dans cette these, nous avons utilise deux types de materiaux differents: les polymeres et le silicium poreux. Les polymeres, facilement realisables avec des methodes de fabrication peu onereuses, sont dans un premier temps utilises pour valider les outils de simulation developpes pour l’etude des caracteristiques des MRs pour l’application capteur basee sur la detection par evanescence. Le silicium poreux permet d'exploiter un autre mode de detection, la detection en volume. Les molecules presentes dans le milieu de detection s'infiltrent dans le materiau...
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We demonstrate the interest of expanded beam microlenses (around 55µm of mode field diameter) to relax positioning tolerances and to decrease reflectance in single mode fiber to fiber interconnexions. We also point out the interest of... more
We demonstrate the interest of expanded beam microlenses (around 55µm of mode field diameter) to relax positioning tolerances and to decrease reflectance in single mode fiber to fiber interconnexions. We also point out the interest of micro-lenses of very small mode field diameter (around 2 µm) to improve coupling efficiency in specialty fibers and integrated waveguides for non linear effects based functions and for sensors applications at a wavelength of 1.55 µm.
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Le Moyen Infra-Rouge (MIR) est la region spectrale comprise entre 3 et 20 µm. Cette gamme de longueurs d’onde est connue pour contenir des transitions vibrationnelles fondamentales caracteristiques d’especes moleculaires en phase liquide... more
Le Moyen Infra-Rouge (MIR) est la region spectrale comprise entre 3 et 20 µm. Cette gamme de longueurs d’onde est connue pour contenir des transitions vibrationnelles fondamentales caracteristiques d’especes moleculaires en phase liquide ou gazeuse. De nombreuses substances telles que le toluene, le methanol, l’ethanol, l’acetone, le glucose, le dioxyde de carbone peuvent etre caracterisees par spectroscopie infrarouge grâce a leur signature spectrale d’absorption. Cette technique est ainsi une des plus appropriees parmi les techniques classiques d’analyse pour l’identification et la caracterisation structurelle des especes moleculaires. Les disponibilites recentes de plateformes optiques presentant de faibles pertes de propagation et de sources emettant dans le MIR, notamment des QCL ont ete la cle du developpement d’etudes destinees a la realisation de capteurs optiques fonctionnant dans la gamme spectrale du MIR. Par ailleurs, les capteurs en optique integree sont devenus une exce...
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Cet article presente des resultats de luminescence guidee a 1,55 μm dans des guides donde ruban incorporant des nanotubes de carbone disperses dans une matrice polymere de type fluorene. Les proprietes optiques (indice de refraction,... more
Cet article presente des resultats de luminescence guidee a 1,55 μm dans des guides donde ruban incorporant des nanotubes de carbone disperses dans une matrice polymere de type fluorene. Les proprietes optiques (indice de refraction, absorption et luminescence) de ces couches minces sont tout dabord detaillees. Les differentes etapes du procede de realisation technologique permettant lobtention de guides d'onde monomodes dans le proche infra-rouge sont ensuite decrites. Enfin, nous demontrons, pour la premiere fois, la propagation dans des guides donde integres, de la luminescence emise autour de 1,55 μm par des nanotubes de carbone.
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Au cours de la derniere decennie, la technologie des circuits optiques integres s'est fortement developpee a partir de differents materiaux. Elle commence a atteindre une maturite technologique et commerciale et son evolution peut... more
Au cours de la derniere decennie, la technologie des circuits optiques integres s'est fortement developpee a partir de differents materiaux. Elle commence a atteindre une maturite technologique et commerciale et son evolution peut etre comparable a celle precedemment obtenue sur l'evolution de la microelectronique comme nous pouvons le voir sur les Figures 1. Une " puce optique " est, tout comme la puce electronique, un materiau semi-conducteur sur lequel un ensemble de dispositifs optiques sont associes. En electronique, nous avons le transistor, le condensateur et la resistance. En optique, nous pouvons evoquer par exemple les lasers, les photo-detecteurs, les modulateurs et les reseaux. Au cours des 25 dernieres annees, le nombre de ces elements qui composent un circuit photonique a double tous les deux ans, a quelques milliers aujourd'hui (Figure 1a). Cet effet est similaire a la loi de Moore pour les puces electroniques. (a) (b) Figure 1 : (a) Evolution du...
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Afin de realiser des capteurs optiques a base de micro-resonateurs tres sensibles et facilement integrables, nous presentons une etude de detection homogene par evanescence sur des micro-resonateurs polymeres fabriques a partir de SU8... more
Afin de realiser des capteurs optiques a base de micro-resonateurs tres sensibles et facilement integrables, nous presentons une etude de detection homogene par evanescence sur des micro-resonateurs polymeres fabriques a partir de SU8 pour le cœur et de PMATRIFE pour la gaine inferieure. Aucun superstrat de polymere n’a ete depose sur le micro-resonateur pour permettre le depot d’autres superstrats comme l’eau ou l’eau avec differentes concentrations de glucose, afin de realiser une etude de detection. Puis, est abordee la fabrication de micro-resonateurs en forme d’hippodrome en silice poreuse, materiau qui permet de favoriser l’interaction entre la lumiere propagee et les molecules a detecter.
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Cet article resume le panorama de l'etat de l'art des technologies d'optique integree maitrisees au laboratoire Foton (Systemes Photoniques) axe sur l'optique integree polymere active et passive, les guides en silicium et... more
Cet article resume le panorama de l'etat de l'art des technologies d'optique integree maitrisees au laboratoire Foton (Systemes Photoniques) axe sur l'optique integree polymere active et passive, les guides en silicium et silice poreuse pour la realisation de capteurs biologiques, ainsi que les applications des guides en verres speciaux etudies en collaboration avec d'autres laboratoires.
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L’etude de capteurs optiques integres permet d’augmenter le nombre d’analytes biologiques detectables sur une puce de faible dimension tout en abaissant la limite de detection. L’utilisation de ces dispositifs rend accessible a faible... more
L’etude de capteurs optiques integres permet d’augmenter le nombre d’analytes biologiques detectables sur une puce de faible dimension tout en abaissant la limite de detection. L’utilisation de ces dispositifs rend accessible a faible cout la detection de maladies a l’aide de biomarqueurs presents en faible quantite dans les prelevements biologiques. Dans ce contexte, un nouveau type de transducteur a effet Vernier en materiaux hybrides a base d’anneaux cascades est etudie. L’utilisation de guides en polymeres et en silicium poreux permet d’associer de faibles pertes de propagation et une grande sensibilite aux analytes dans un meme transducteur. La limite de detection calculee de ce transducteur est amelioree d’un ordre de grandeur par rapport aux transducteurs a effet Vernier actuels.
Carbon nanotubes (CNT) exhibit outstanding optical, electrical and mechanical properties. Thanks to advances in material quality and separation methods, an increased attention has been drawn to the implementation of CNT-based photonic... more
Carbon nanotubes (CNT) exhibit outstanding optical, electrical and mechanical properties. Thanks to advances in material quality and separation methods, an increased attention has been drawn to the implementation of CNT-based photonic devices compatible with silicon technology. Light-emitting devices based on electro- and photo-luminescent properties of semiconducting single-wall carbon nanotubes (s-SWCNT) have been implemented. However, none of these results were demonstrated in the telecommunications-relevant range around 1.55 µm. Enrichment in s-SWCNTs with emission wavelengths tunable to the dominant telecommunications spectral window is achieved by controlling the parameters of SWCNT synthesis and dispersion in polyfluorene-based polymers. Organic films containing selected chiralities of s-SWCNT are spin-coated onto Si substrates and optically characterized (refractive index, absorption and photoluminescence). Ridge waveguides are then fabricated using processing steps compatib...
Cet article resume le panorama de l'etat de l'art des technologies d'optique integree polymere maitrisees au laboratoire Foton (Systemes Photoniques) et qui sont axees sur des circuits optiques actifs et passifs. Les objectifs... more
Cet article resume le panorama de l'etat de l'art des technologies d'optique integree polymere maitrisees au laboratoire Foton (Systemes Photoniques) et qui sont axees sur des circuits optiques actifs et passifs. Les objectifs sont orientes vers un fort confinement du mode de propagation, la generation d'effets non lineaires, l'hybridation avec d'autres materiaux et la reduction des pertes (couplage et propagation).
Le silicium poreux est un materiau dont les proprietes physiques et optiques ont ete largement etudiees pour differentes applications telles que l'optoelectronique [1] ou encore les capteurs chimiques et biologiques [2]. En effet, la... more
Le silicium poreux est un materiau dont les proprietes physiques et optiques ont ete largement etudiees pour differentes applications telles que l'optoelectronique [1] ou encore les capteurs chimiques et biologiques [2]. En effet, la large surface interne du silicium poreux ainsi que sa biocompatibilite presentent des atouts importants pour son utilisation dans les domaines des capteurs. Par ailleurs, les micro-resonateurs (MRs) integres, de par leur geometrie et principe de fonctionnement, permettent lorsqu'ils sont utilises comme transducteurs, de realiser des capteurs tres sensibles et miniaturises [3]. La fabrication d'une plateforme guidante integree a base de MRs en silicium poreux, permet de maximiser l'interaction entre la lumiere du mode guide et les molecules a detecter presentes dans le silicium poreux « en volume », augmentant ainsi la sensibilite du capteur comparee a celle obtenue avec des MRs en polymeres bases sur la detection par evanescence [4]. Les...
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Le velocimetre laser Doppler (VLD) est largement utilise dans diverses applications comme par exemple le controle de vitesse dans le processus de production de l'acier et du papier [1], la mesure de la turbulence dans les flux de... more
Le velocimetre laser Doppler (VLD) est largement utilise dans diverses applications comme par exemple le controle de vitesse dans le processus de production de l'acier et du papier [1], la mesure de la turbulence dans les flux de combustion [2] ou encore les mesures du debit sanguin [3]. Neanmoins, les VLD conventionnels utilisant les lasers argon sont volumineux, assez complexes et difficiles a aligner lors de l'assemblage. Actuellement certaines applications necessitent l’utilisation de velocimetres miniaturises comme pour la mesure de particules micrometriques dans le flux d'air dans les poumons en utilisant des endoscopes ainsi que la mesure du debit sanguin dans les arteres et les veines a l'aide de catheters [4]. Un defi de la VLD est donc la miniaturisation et la mesure dans des couches limites a proximite de parois [5].
Des etudes par microanalyse X et par Photoluminescence (PL) dans l’IR ont ete effectuees sur des guides d’onde plans a base de silicium poreux dopes Erbium en fonction des conditions de dopage (cathodisation electrochimique et traitements... more
Des etudes par microanalyse X et par Photoluminescence (PL) dans l’IR ont ete effectuees sur des guides d’onde plans a base de silicium poreux dopes Erbium en fonction des conditions de dopage (cathodisation electrochimique et traitements thermiques). En faisant varier la densite de courant et la duree de cathodisation, nous avons montre que le dopage est homogene dans toute la profondeur de la couche de guidage pour une densite de courant egale a 0.1 mA/cm2 pendant 10 minutes. Ensuite, l’intensite integree de PL autour de 1.55 µm a ete etudiee en fonction de la duree d’oxydation a 900 °C d’une part et en fonction de la temperature de diffusion et d’activation pendant 60 minutes d’autre part.