Réseaux de Bragg verticaux accordables en silicium pour le développement de microsystèmes optiques appliqués

Ce mémoire porte sur la conception de réseaux de Bragg verticaux accordables en silicium pour le développement de microsystèmes optiques. Les travaux de recherche présentés ont été effectués dans le cadre de deux projets menés par le Laboratoire de Microphotonique en collaboration respectivement avec l'Office Fédérale de Métrologie (METAS) suisse et le Laboratoire d'Optique Diagnostique et d'Imagerie (LODI). L'objectif de ces collaborations est de concevoir des microsystèmes optiques appliqués, c'est-à-dire répondant à des besoins et des problématiques précises, à partir de l'expertise du Laboratoire de Microphotonique dans le domaine des réseaux de Bragg verticaux en silicium. La collaboration avec le METAS a pour objectif d'étudier le potentiel des réseaux de Bragg verticaux accordables en silicium dans le développement de microbalances de haute précision. Plus précisément, des masses situées entre 10 mg et 10 g sont ciblées. La dimension d'un tel échantillon peut facilement atteindre l'ordre du cm3 ce qui s'avère généralement problématique pour les microsystèmes. La microbalance optique proposée est basée sur une cavité Fabry-Pérot accordable. Lorsqu'une force externe est appliquée sur le dispositif, la longueur de la cavité est modifiée et il en résulte un décalage spectral au niveau de sa résonance optique. La force appliquée peut être déterminée à partir de l'amplitude du décalage spectral observé. La microbalance a été fabriquée et caractérisée avec succès. Des sensibilités expérimentales allant de 0.51 nm/mN à 67.69 nm/mN et des résolutions absolues allant de 0.15 μN à 19.61 μN sont rapportées. La résolution relative maximale du senseur est inférieure à 100 ppm. La microbalance optique présentée est basée sur un design dans le plan. Ce type de design simplifie le procédé de fabrication et facilite l'alignement optique. L'épaisseur du substrat limite cependant la taille de la zone de charge. Afin de s'affranchir de cette limitation, un système permettant de transférer dans le plan une force ou un déplacement hors-plan a été développé. Ce système de translation est basé sur un condensateur formée par deux peignes inter-digités possédant chacun un seul degré de liberté, l'un hors-plan et l'autre dans le plan. Tout déplacement vertical au niveau du premier peigne induit un déplacement horizontal proportionnel au niveau du second peigne. Comme preuve de concept, le système de translation a été implémenté dans le design d'une seconde génération de microbalances. Des dispositifs possédant une zone de charge de 1 mm2 ont été fabriqués et caractérisés avec succès. Les résultats