Le micro-soufflage de verre pour réaliser des composants optiques miniatures
Publié par Adrien le 04/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INSIS
La méthode mise au point à l'institut FEMTO-ST permet de fabriquer collectivement des centaines de microlentilles coniques capables de générer des faisceaux lumineux non diffractants. Ces résultats ouvrent la voie à des applications, notamment dans l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se...) biomédicale. Ils ont été publiés et mis en avant dans la revue Optics Letters.


© Nicolas Passilly - FEMTO-ST Wafer d'axicons miniatures générés par micro soufflage de verre.

Le soufflage de verre est une technique connue depuis l'Antiquité. L'artisan souffle de 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 avec l'altitude,...) dans le verre chauffé, qui se déforme jusqu'à l'obtention de la forme voulue. Des chercheurs de l'institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) FEMTO-ST (CNRS/Université Bourgogne Franche-Comté) viennent de montrer que l'on pouvait appliquer le même principe à une échelle microscopique, pour réaliser collectivement des centaines de lentilles de verre. A l'aide de techniques de microfabrication, dans la salle blanche du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle...) Renatech de FEMTO-ST, les chercheurs commencent par créer des microcavités dans un substrat de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Ces cavités sont ensuite scellées par une plaque de verre, piégeant ainsi le gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) qu'elles contiennent.

Lorsque l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...) est chauffé, la viscosité du verre diminue, la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) du gaz augmente dans les cavités, et les bulles qui se forment repoussent le verre pour donner un profil sur la face opposée du substrat de verre, profil dépendant de la position, du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) et de la taille de ces bulles. Après polissage, afin d'éliminer les bulles ayant servi à générer le profil, les chercheurs ont obtenu des centaines de microlentilles coniques, qui ont la spécificité de produire un faisceau lumineux non diffractant (une "aiguille de 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...)"). Ce type de composant permettrait d'améliorer les performances de techniques d'imagerie biomédicale, et pourrait aussi trouver des applications dans l'usinage.

Pour réaliser ces lentilles miniatures de profil conique (Les coniques constituent une famille très utilisée de courbes planes algébriques, qui peuvent être définies de plusieurs manières différentes, toutes équivalentes entre...) (avec des diamètres à la base du cône de 0,9 et 1,8 mm), les chercheurs n'ont utilisé que des techniques standards de microfabrication (photolithographie, gravure ionique). Mais la mise au point (Graphie) du procédé a demandé un réglage fin de la taille des cavités créées dans le substrat de silicium, et surtout le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) précis des conditions thermiques lors du chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un matériau.) du dispositif, afin de garantir l'homogénéité du résultat sur l'ensemble du substrat de verre, et la répétabilité du procédé de fabrication.

L'objectif des chercheurs, à terme, est d'intégrer ces micro lentilles dans des microsystèmes, notamment pour créer des dispositifs d'imagerie biomédicale miniaturisés et à bas coût. Par ailleurs, le même procédé de fabrication collective pourrait être utilisé pour obtenir d'autres formes de lentilles ou des composants optiques plus complexes.

Références

Microfabrication of axicons by glass blowing at a wafer-level,
J. V. Carrión, J. Albero, M. Baranski, C. Gorecki, N. Passilly.
Optics Letters, 44, 13, 3282-3285 (2019)
DOI: 10.1364/OL.44.003282
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