Dispersions de nano-particules pour les composants optiques reconfigurables – NASTAROD

Ce projet concerne l'étude et le développement de suspensions de nanoparticules anisotropes colloïdales en phase aqueuses (ACSN) et leur utilisation dans différentes technologies optiques. Ces matériaux ont des propriétés électro-optiques assez similaires à celles des cristaux liquides : En phase isotrope, l'application du champ électrique dans le cas de nanoparticules de type Beidellite ou des champs électriques et magnétiques pour la goethite, induit de l’anisotropie, si bien que ces matériaux peuvent être comparés au nano-PDLC (nano gouttelettes de cristaux liquide dispersé dans du polymère). L'objectif principal du projet est donc de démontrer que l'utilisation de ces matériaux peut déboucher sur un saut technologique dans différents domaines d’application de l’optique tels que les réseaux de communication optiques, les capteurs optiques, laser, métrologie optique, etc. Dans les différents domaines cités, beaucoup de fonctions optiques ne nécessitent pas des temps de réponse très courts. Citons par exemple, la reconfiguration et la restauration des réseaux de communication optiques dont les temps de réponse sont de l’ordre de 50 ms, les fréquences de balayage en longueur d’onde des sources pour les capteurs à filtre de Bragg , de l’ordre de quelques kHz, etc. Pour réaliser ces fonctions, les ACSN (en forme de bâtonnets ou disques) sont des matériaux à fort potentiel, qui de plus, n'ont jamais été étudiés dans ce contexte et offre la possibilité de réaliser une technologie bas-coût.
Les ACSN possèdent également des avantages déterminants par rapport à d'autres technologies existantes: faible valeur du champ électrique appliqué, importante biréfringence induite, faibles pertes de diffusion, quasi insensibilité aux variations de température et ne nécessitant pas de film d'alignement. En outre, la technologie cristal liquide qui a déjà été développée semble être totalement compatible avec l'utilisation des ACSN.
Une première étape consistera en la synthèse et l'optimisation de différents types de nanoparticules anisotropes (goethite synthétiques ou des argiles naturelles) ou de nature polymérique. Dans un deuxième temps, les suspensions colloïdales en phase aqueuses de ces nanoparticules seront formulées et leurs diagrammes de phase sera déterminé. Une étude complète et détaillée des propriétés électro-optiques des suspensions colloïdales sera ensuite effectuée. Les paramètres pertinents comme la biréfringence induite par un champ, le dichroïsme, les pertes optiques, et les temps de réponse y seront mesurés en fonction des propriétés physiques des suspensions. Pour comprendre le mécanisme sous-jacent, responsable de la susceptibilité géante mesurée en appliquant un champ électrique, des suspensions d’ellipsoïdes synthétiques en polymère seront synthétisées et étudiées. Les matériaux seront enfin étudiés pour évaluer les différentes applications possibles: le premier type de dispositif de test est un déphaseur spatial pour des applications en espace libre tels que les interféromètres (Mach-Zehnder, Fabry-Perot), ligne à retard optique. Le deuxième type de dispositifs se situe à un niveau plus élevé d'intégration technologique en utilisant des fibres microstructurées pour réaliser des fonctions optiques comme des filtres accordables, mais aussi des contrôleurs de polarisation fibré. Enfin, des composants fortement intégrés permettant de réaliser des fonctions de filtre mais aussi des LASER accordables, seront testés avec ces suspensions. Ces étapes technologiques sont cruciales pour valider l’utilisation des suspensions dans les différentes technologies optiques actuelles. On peut noter également que ces matériaux n'ont aucune toxicité.