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Posté par Redbran le Jeudi 23/11/2017 à 12:00
Des vibrations pour mesurer les microfibres optiques
Les nanotechnologies ont miniaturisé les composants électroniques au point qu'ils nécessitent de nouveaux outils de mesure. Des chercheurs de l'institut Femto-ST et du laboratoire Charles Fabry ont ainsi réussi à mesurer le diamètre de microfibres optiques grâce à des vibrations sonores. Alors qu'elle est bien plus simple à utiliser, cette méthode partage la précision des meilleures techniques disponibles. Ces travaux sont publiés dans la revue Optica.


© Institut Femto-ST/CNRS
À gauche: Photo d'une microfibre optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) traversée par un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme...) émettant dans le vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé...).
À droite: image prise au microscope électronique d'une microfibre optique en verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué d’oxyde de silicium (silice...) silice réalisée par les chercheurs de l'institut Femto-ST.

Tout comme les lames d'un xylophone sont taillées en fonction de la note souhaitée, la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par...) de vibration d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction...) est liée à sa forme. Or ces vibrations ont un impact infime, mais quantifiable, sur la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de...): il s'agit de l'effet Brillouin. Des chercheurs de l'institut Femto-ST (CNRS/UFC/UTBM/ENSMM) et du laboratoire Charles Fabry (Charles Fabry (1867-1945) est un physicien français.) (CNRS/Institut d'Optique Graduate School) ont utilisé ce phénomène pour mesurer le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre...) et l'homogénéité de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) optiques, pas plus épaisses qu'un micromètre (Un micromètre (symbole μm) vaut 10-6 = 0, 000 001 mètre.).

Comme ils ne peuvent pas mesurer directement les vibrations à cette échelle, ils amplifient l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types d'opérations liées à...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des...) naturelle des fibres optiques avec un laser. Des ondes acoustiques se forment alors et diffusent la lumière du laser. L'écart de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de la lumière diffusée permet de créer un battement (En acoustique, le battement est une interférence entre deux sons de fréquences légèrement différentes, laissant percevoir des pulsations. En acoustique musicale, il...) lumineux, un phénomène que les chercheurs peuvent enfin mesurer car il est dans la gamme des fréquences micro-ondes. Grâce à lui et à des simulations numériques, ils déduisent la vitesse (On distingue :) des ondes sonores, qui dépend du diamètre des microfibres. Les physiciens obtiennent ce diamètre avec une précision de quelques nanomètres.

Cette marge d'erreur correspond à celle d'un microscope électronique à balayage, un appareil qui nécessite d'enfermer l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) dans des conditions draconiennes de vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). Avec cette nouvelle méthode qui ne nécessite qu'une injection (Le mot injection peut avoir plusieurs significations :) de lumière, les fibres optiques de dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.) transverses micrométriques peuvent être mesurées à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air...) libre, sans préparation et sans dégradation. Un composant peut ainsi être étudié localement sans avoir à être démonté. Ces résultats pourraient aider au développement des microcircuits photoniques.

Références publication:
Brillouin spectroscopy of optical microfibers and nanofibers
A. Godet, A. Ndao, T. Sylvestre, V. Pecheur, S. Lebrun, G. Pauliat, J-C. Beugnot, and K. Phan Huy
Optica Vol. 4, Issue 10, pp. 1232-1238 (2017)
DOI: 10.1364/OPTICA.4.001232

Contact chercheur:
Thibault Sylvestre ? Femto-ST

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Source: CNRS-INSIS
 
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