| Imprimer |
| Développement de capteurs optiques intégrés pour le moyen infrarouge (Development of integrated optical sensors for the mid-infrared range) Benkohaila, Nouhaila - (2025-01-15) / Université de Rennes, Université Cadi Ayyad (Marrakech, Maroc) - Développement de capteurs optiques intégrés pour le moyen infrarouge
| |||
Langue : Français Directeur(s) de thèse: Charrier, Joël; Bahsine, Saida Discipline : Photonique Laboratoire : FOTON Ecole Doctorale : MATISSE Classification : Sciences de l'ingénieur Mots-clés : Moyen InfraRouge (MIR), guide d’onde ridge, interféromètre multimode (MMI), optique intégrée, verres de chalcogénures, silicium poreux (SiP), limite de détection (LoD), sensibilité, compacité
| |||
Résumé : La nécessité de développer des capteurs de gaz à la fois performants, autonomes et économiquement viables pour évaluer les concentrations de gaz à effet de serre (GES) est cruciale pour répondre aux enjeux climatiques actuels. Cette problématique est particulièrement pertinente pour la surveillance des émissions dans des zones isolées, et pour l’analyse en temps réel sur site. À cet égard, les circuits photoniques intégrés représentent une solution prometteuse, tirant parti de la technologie du laboratoire sur puce. Ce travail a pour objectif d’optimiser les performances des capteurs optiques à base de deux technologies : guide d’onde ridge et interféromètre multimode (MMI), opérant dans le moyen infrarouge (MIR) pour la détection de dioxyde de carbone (CO₂) et le monoxyde de carbone (CO). De ce fait, deux mécanismes distincts de détection ont été explorés : détection par onde évanescente, et détection en volume. Ces mécanismes permettent d’exploiter les interactions entre la lumière et les molécules cibles pour une détection précise des concentrations de gaz. Pour atteindre cet objectif, des capteurs optiques ont été étudiés et optimisés : celle en verres de chalcogénures en raison de leur capacité de transmission dans une plage de longueurs allant de 2 à 20 µm, et en silicium poreux (SiP), dont la morphologie poreuse favorise l'interaction directe lumière-matière avec les molécules qui s'infiltrent dans les pores. Une étude comparative des performances de ces capteurs, en termes de sensibilité, limite de détection (LoD), et de compacité, a été réalisée pour les plateformes étudiées, aux longueurs d’onde de 4,26 µm et 4,6 µm, respectivement. Abstract : The necessity of developing gas sensors that are both high-performing, autonomous, and economically viable to assess greenhouse gas (GHG) concentrations is crucial to addressing current climate challenges. This issue is particularly relevant for monitoring emissions in remote areas and for real-time on-site analysis. In this regard, integrated photonic circuits represent a promising solution, leveraging lab-on-chip technology. This work aims to optimize the performance of optical sensors based on two technologies: ridge waveguide and multimode interferometer (MMI), operating in the mid-infrared (MIR) range for the detection of carbon dioxide (CO₂) and carbon monoxide (CO). Thus, two distinct detection mechanisms were explored: evanescent wave detection and volume detection. These mechanisms harness the interactions between light and target molecules for precise gas concentration detection. To achieve this objective, optical sensors were studied and optimized : chalcogenide glass sensors due to their transmission capability in a wavelength range of 2 to 20 µm, and porous silicon (SiP) sensors, whose porous morphology promotes direct light-matter interaction with molecules infiltrating the pores. A comparative study of the performance of these sensors, in terms of sensitivity, limit of detection (LoD), and compactness, was conducted for the platforms studied at wavelengths of 4.26 µm and 4.6 µm, respectively. | |||