Création par laser femtoseconde d’architectures photoniques intégrées au sein de matériaux innovants

La fabrication additive par laser, connaît un très fort essor permettant d’adresser de nombreux champs thématiques (aéronautique, médical, automobile), en donnant un accès direct à la production d’objets 3D à partir de modèles numériques. Ainsi, la fabrication additive par laser s’impose, depuis une vingtaine d’années pour l’obtention de composants photoniques via la polymérisation à deux photons (TPP) de résines photosensibles. L’utilisation d’un laser femtoseconde focalisé dans le matériau permet de concevoir et de réaliser des structures photoniques à des résolutions micro- et nanométriques, avec un retrait limité. Dans cette thèse, nous présentons une méthode d’impression innovante reposant sur une résine hybride organique–inorganique (OrmoComp) et une stratégie multipassages p3`1qD, consistant à réexposer localement une même région à différentes puissances pour contrôler la variation d’indice optique jusqu’à une valeur maximale de Δn « 2.5ˆ10´3. Nous établissons un lien quantitatif chimie–optique (relation structure-propriété) en démontrant la corrélation directe entre le degré de polymérisation, la puissance laser et la variation locale d’indice optique. La méthode p3`1qD réduit la rugosité de surface RMS de 25,1˘2,5 à 6,1˘1,2 nm. Ces résultats ont permis de fabriquer et de caractériser optiquement des guides cœur–gaine monomodes à 976 nm au-delà de l’état de l’art, présentant des pertes par propagation minimales de „ 0.16 dB ¨ cm´1. Également, des coupleurs directionnels fabriqués et simulés numériquement présentent une longueur de couplage L0 » 630 μm avec un transfert d’énergie maximal de 99 %, en accord avec la simulation („ 680 μm), et une bonne robustesse vis-à-vis des conditions d’injection. Ces résultats montrent que la TPP, pilotée par la stratégie p3`1qD, permet la réalisation de composants photoniques intégrés performants, compacts et reproductibles, et ouvre des perspectives en formulation de nouvelles résines hybrides, d’intégration photonique sur fibre/puce et de fonctionnalisation avancée.