Stage de Master/Ingénieur

Stage de Master/Ingénieur

Capteur à fibre optique par spectroscopie par effet Raman exacerbé en surface
Stage
Faculté des Sciences
Stage de Master/Ingénieur

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Contexte

Ce stage vise à contribuer au développement d'une nouvelle «plateforme» de capteurs en ligne, basée sur un capteur à fibre optique (CFO), sensible à la structure chimique d'un analyte externe. Le capteur asymétrique (sensible à la polarisation) mettra en œuvre l'exaltation de la lumière diffusée Raman (Enhanced Raman Scattering, ERS) sur une fibre optique spécialement conçue et fabriquée. Les nanoparticules (NP) de métaux nobles (Au, Ag) induisent une énorme extinction causée par une résonance plasmonique de surface localisée (LSPR) au voisinage des NPs ou entre les NPs. Le LSPR produit une exacerbation du champ électromagnétique d'une onde incidente, de plusieurs ordres de grandeur. En spectroscopie Raman, une augmentation supérieure à 106 du signal émit par les molécules proches des NPs permet la caractérisation optique de la structure de la (ou les) molécule(s) à très faible concentration. Mis en œuvre dans un CFO à base de fibres monomodes, il peut être utilisé pour la détection à distance et la spéciation chimique de molécules en solution ainsi que pour la caractérisation extrêmement sensible de matériaux solides déposés en contact des NPs. Ce sera une contribution originale au domaine des CFO à base de revêtements nanostructurés [1].

Plusieurs études ont montré la faisabilité de mesurer l’ERS à partir de matrices de gel sol amorphe (TiO2, SiO2) en contact avec des films d'or nanostructurés [2,3]. Ceux-ci ouvrent la voie à des CFO-ERS à base de silice (matériau des fibres de télécommunication utilisées dans les CFO). Une autre mise en œuvre possible est la spéciation de diverses molécules (dans une solution) qui ont des compositions similaires mais des structures différentes, dans le cadre de la détection des polluants dans les rivières et les réserves d'eau potable.

Stage

Ce projet vise à fusionner plusieurs technologies pour améliorer encore le potentiel de ce type de CFO : une fibre optique spécifiquement conçue pour accéder au champ évanescent à partir du mode guidé d'un OF monomode, l’écriture laser directe de guides d'ondes complexes et composants dans la gaine de fibre, la structuration des NPs sur la surface externe de la fibre, et le couplage optimisé du champ évanescent du mode guidé avec le LSPR. Comme preuve de concept, l'objectif principal est de développer un CFO distant très sensible avec un signal Raman exalté de molécules dans des matériaux liquides ou solides, simplifiant le traitement du signal compliqué nécessaire dans les capteurs Raman classiques.

Ce stage est proposé dans le cadre d'une collaboration multi-instituts. Il sera consacré au développement de la «plateforme optique» de la tête de capteur. Durant le stage, des fibres optiques de spécialité seront conçues (à l'aide d'outils numériques) et fabriquées à l’INPHYNI, grâce à la plateforme de fabrication de fibres optiques spéciales. Un test exploratoire d'écriture des guides d'ondes dans la gaine sera réalisé en collaboration avec une entreprise locale (Fastlite [4]) sur une plateforme d'écriture laser et avec Dr M. Bellec (INPHYNI). La caractérisation optique de la plateforme de capteur sera réalisée à INPHYNI, ainsi que sur des sites partenaires, comme ILM, Lyon.

[1]  A. Urrutia, J. Goicoechea, & F. J. Arregui, « Optical Fiber Sensors Based on Nanoparticle-Embedded Coatings », J. Sensors (2015), Article ID 805053, 18 pages :https://www.hindawi.com/journals/js/2015/805053/

[2]  E. Nardou, D. Vouagner, A.M. Jurdyc, et al. « Surface enhanced Raman scattering in an amorphous matrix for Raman amplification », J.Non-Cryst. Sol. ,357 (2011) 1895-99 : http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309310009634?via%3Dihub

[3]  S.Degioanni, A-M. Jurdyc, A.Cheap, B.Champagnon, F.Besseuille, J.Coulm, L.Bois, D.Vouagner, « Surface- enhanced Raman scattering of amorphous silica gel adsorbed on gold substrates for optical fiber sensors », J. Appl. Phys. 118 (2015) 153103 : http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4933280

[4]  http://www.fastlite.com/fr/

Durée du stage :

De 3 à 6 mois, dépendant du programme (M1, M2, Ingénieur)

Mots clé

fibres optiques, capteur, optique guidée

Responsable :

Bernard Dussardier

tél : 04 92 07 67 48/ 06 32 71 66 67

email : bernard.dussardier@unice.fr

Lieu du stage

Institut de Physique de Nice, Site Valrose

Contenus

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