Architectures photoniques intégrées inscrites par laser femtoseconde pour étalonnage en microscopie de fluorescence dans l'infrarouge – ArchiFLUO

Il existe une forte demande de la part des utilisateurs et constructeurs de microscopes confocaux de fluorescence pour accéder à une imagerie fiable et quantitative dans le rouge/infrarouge, comme pour l’industrie pharmaceutique (fluorescence rouge), l’imagerie de tissus vivants en biologie (proche IR à 0.9-1.0 µm) ou pour la détection de molécules (moyen-IR dans la plage spectrale d’empreinte spectrale, sur 3-5 µm). Il existe ainsi un manque identifié d’étalons optiques pour calibrer la réponse spatiale et spectrale de tels microscopes. Ainsi, il y a une nécessité claire à développer de nouvelles solutions photoniques intégrées pour la réalisation d’étalons optiques basés sur des structures fluorescentes de forte contraste dans le rouge/IR, ayant une distribution 3D rationalisée avec des résolutions sub-longueur d’onde. De façon concomitante, les architectures photoniques 3D avec des périodicités sub-longueur d’onde, ont permis cette dernière décennie des réalisations remarquables de rupture en photonique, tels que des cristaux photoniques linéaires ou non linéaires ou l’avènement de métamatériaux. En dépit de telles avancées spectaculaires, cela reste un réel défi que de produire de telles structures 3D par une approche versatile tout-optique par irradiation laser directe (sans lithographie, ni salle blanche), dans des matériaux pérennes (pas des polymères), avec des architectures complètement intégrées (et non pas déposés sur un substrat, comme en impression 3D), et présentant une compatibilité pour de futurs transferts technologiques potentiels.

Dans ce cadre, ArchiFLUO ambitionne d’abord de développer de nouveaux verres de forte photosensibilité sous irradiation laser femtosenconde, de comprendre et optimiser les mécanismes sous-jacents de modifications de ces matériaux, en vue de créer des structures fluorescentes de fort contraste optique, de forte résolution spatiale sub-longueur d’onde dans le rouge/IR. Ceci sera réalisé soit en ajustant le comportement de la matrice vitreuse (ajout d’ions alcalins co-mobiles), soit par transferts énergétiques résonants depuis des agrégats d’argent fluorescents localisés vers des émetteurs IR (ions terre rare ou métaux de transitions), soit par la précipitation de nano-cristallites fluorescentes diélectriques dans des verres fluorés ou semi-conductrices dans des verres d’oxydes de métaux lourds. Ensuite, ArchiFLUO vise de développer des approches tout-optique basées sur l’irradiation laser dans des verres inorganiques, pour créer directement des architectures photoniques multi-échelle à propriétés optiques linéaires ou non linéaires en vue de potentielles applications en optique intégrée telles que le contrôle avancé de la lumière ou la réalisation de capteurs optiques ultra-sensibles. Enfin, ArchiFLUO prévoir un transfert technologique performant en élaboration des verres spéciaux développés, la démonstration d’un prototype de nouveaux étalons optiques voire l’émergence de nouveaux produits industriels pour combler le manque avéré d’étalons optiques dans le rouge/IR.

ArchiFLUO est un projet ANR-PRCE multidisciplinaire ambitieux, incluant 4 partenaires, l’ICMCB, le CELIA, le LSI et l’entreprise ARGOLIGHT, ayant respectivement un rayonnement international et une reconnaissance forte de leurs domaines d’expertise qui sont la science des verres, l’étude des mécanismes de modifications des matériaux et l’irradiation laser femtoseconde. ArchiFLUO vise donc à développer une recherche de pointe dans l’élaboration de nouveaux verres spéciaux et dans la fabrication de matériaux préparés par laser. Les développements attendus seront de tout premier plan au niveau international dans ces domaines scientifiques et industriels concernés. Ceci permettra aux partenaires d’accroitre leur rayonnement scientifique international avec une position leader sur les thématiques visées, et de renforcer la position innovante et pionnière en tant que fabriquant d’étalons optiques pour ARGOLIGHT.