Micro-optiques sur VCSELs par photopolymérisation auto-guidée dans le proche Infrarouge (NIR) – NIR-OPTICS

Les recherches sur les VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) ont connu ces dernières années un essor considérable. Ces sources laser présentent en effet de nombreux avantages en raison de leur faible courant de seuil, de leur fabrication sous forme matricielle et de la symétrie circulaire de leur faisceau. Ces propriétés uniques expliquent le nombre croissant d?applications basées sur ce type de sources dans des domaines aussi variés que les communications optiques, l?instrumentation, les capteurs, l?analyse biomédicale, la télémétrie laser, ou encore l?analyse de gaz ?. Pour l?ensemble de ces domaines d?application, le contrôle et la mise en forme des modes émis par les VCSELs constitue actuellement un enjeu très important (focalisation, collimation, contrôle spatial des modes). Pour y parvenir, nous proposons à travers ce projet de développer une nouvelle méthode d?intégration de micro-éléments optiques (µEO) polymère ou sol-gel hybride (micropiliers, microlentilles) sur VCSELs. L?idée est d?utiliser un procédé qui simplifie grandement l?étape d?intégration. Il s?agit d?utiliser la source NIR elle-même pour déclencher la réaction de photopolymérisation et fabriquer une microlentille ou un micropilier directement alignée avec la source par un processus d?autoguidage. Les avantages de ce procédé sont les suivants : alignement parfait, flexibilité du procédé (ajustement sur mesure de la forme à travers les paramètres photoniques et/ou physico-chimiques), intégration parallèle sur des sources multiples (procédé collectif), applicable en post-processing. Ce projet regroupera 3 partenaires qui apportent l?ensemble des compétences nécessaires pour le mener à bien : le Département de Photochimie Générale (DPG), le LAAS et le Laboratoire de Nanotechnologies et Instrumentation Optique (LNIO). Le verrou principal à lever pour mener à bien ce projet consiste à proposer de nouvelles formulations photopolymérisables présentant : - une gamme spectrale de sensibilité étendue vers le proche Infrarouge (NIR) - une compatibilité avec la microstructuration - des propriétés optiques, mécaniques et de vieillissement compatibles avec l?utilisation finale. Il ne s?agit pas ici de seulement transposer un processus fonctionnant jusqu?alors dans le visible aux longueurs d?onde du NIR. Le projet suppose la mise au point de nouvelles résines photosensibles dans cette gamme de longueur d?onde et leur adaptation à un cahier des charges exigeant. Le projet doit in fine déboucher sur la fabrication de microlentilles et micropiliers directement intégrés et créés par des VCSELs. Le projet NIR-OPTICS contient également une activité importante en modélisation et caractérisation optique des micro-éléments optiques. Pour parvenir à lever ces verrous, l?expertise du DPG en photochimie, en photopolymérisation et en microfabrication sera primordiale. Le LAAS aura en charge la mise en ?uvre des résines formulées par le DPG pour la conception et la fabrication des µEO sur VCSELs. Le LNIO interviendra en amont et aval du projet, sur la modélisation des µEO ainsi que leur caractérisation en champ proche et champ lointain. L?approche proposée dans ce projet est novatrice et n?a, à notre connaissance jamais été abordée par aucune autre équipe. Au delà des enjeux scientifiques qui concernent la mise au point de systèmes photopolymérisables dans le NIR et la microfabrication photoinduite par auto-guidage, ce procédé permettra de simplifier de façon significative l?intégration de micro-optiques sur VCSELs. A ce titre, des retombées industrielles sont attendues et de nouvelles applications basées sur ce procédé pourront être envisagées.