Des vibrations pour mesurer les microfibres optiques
Les nanotechnologies ont miniaturisé les composants électroniques au point qu’ils nécessitent de nouveaux outils de mesure. Des chercheurs de l’institut Femto-ST et du laboratoire Charles Fabry ont ainsi réussi à mesurer le diamètre de microfibres optiques grâce à des vibrations sonores. Alors qu’elle est bien plus simple à utiliser, cette méthode partage la précision des meilleures techniques disponibles. Ces travaux sont publiés dans la revue Optica.
Tout comme les lames d’un xylophone sont taillées en fonction de la note souhaitée, la fréquence de vibration d’un objet est liée à sa forme. Or ces vibrations ont un impact infime, mais quantifiable, sur la diffusion de la lumière : il s’agit de l’effet Brillouin. Des chercheurs de l’institut Femto-ST(CNRS/UFC/UTBM/ENSMM) et du laboratoire Charles Fabry (CNRS/Institut d’Optique Graduate School) ont utilisé ce phénomène pour mesurer le diamètre et l’homogénéité de fibres optiques, pas plus épaisses qu’un micromètre.
Comme ils ne peuvent pas mesurer directement les vibrations à cette échelle, ils amplifient l’agitation thermique naturelle des fibres optiques avec un laser. Des ondes acoustiques se forment alors et diffusent la lumière du laser. L’écart de longueur d’onde de la lumière diffusée permet de créer un battement lumineux, un phénomène que les chercheurs peuvent enfin mesurer car il est dans la gamme des fréquences micro-ondes. Grâce à lui et à des simulations numériques, ils déduisent la vitesse des ondes sonores, qui dépend du diamètre des microfibres. Les physiciens obtiennent ce diamètre avec une précision de quelques nanomètres.
Cette marge d’erreur correspond à celle d’un microscope électronique à balayage, un appareil qui nécessite d’enfermer l’échantillon dans des conditions draconiennes de vide. Avec cette nouvelle méthode qui ne nécessite qu’une injection de lumière, les fibres optiques de dimensions transverses micrométriques peuvent être mesurées à l’air libre, sans préparation et sans dégradation. Un composant peut ainsi être étudié localement sans avoir à être démonté. Ces résultats pourraient aider au développement des microcircuits photoniques.
© Institut Femto-ST/CNRS
À gauche : Photo d’une microfibre optique traversée par un laser émettant dans le vert.
À droite : image prise au microscope électronique d’une microfibre optique en verre silice réalisée par les chercheurs de l’institut Femto-ST.
Références :
Brillouin spectroscopy of optical microfibers and nanofibers
A. Godet, A. Ndao, T. Sylvestre, V. Pecheur, S. Lebrun, G. Pauliat, J-C. Beugnot, and K. Phan Huy
Optica Vol. 4, Issue 10, pp. 1232-1238 (2017)
DOI : 10.1364/OPTICA.4.001232