FR3064375A1 - OPTICAL SENSOR DEVICE USING SURFACE OPTICAL WAVE COUPLED BY DIFFRACTION NETWORK - Google Patents
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Abstract
Le dispositif capteur comporte un détecteur (7) de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par une structure planaire comportant un réseau de diffraction, ce détecteur étant disposé pour récupérer au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 lorsqu'une onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur (7) mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure (7) étant relié à une unité de traitement (9) adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.The sensor device comprises a detector (7) for measuring the intensity of the diffracted beams reflected by a planar structure comprising a diffraction grating, this detector being arranged to recover at least one of the diffracted beams reflected from the diffraction orders 0 and -1 when an incident wave has an angle of incidence corresponding to at least one nominal angular position of incidence, the detector (7) measuring, for at least this nominal angular position of incidence of the incident wave, the intensity of at least one of said reflected diffracted beams for diffraction orders 0 and -1, said measuring detector (7) being connected to a processing unit (9) adapted to evaluate the measurand from the measurements of the intensity of at least one of said reflected diffracted beams for 0 and -1 diffraction orders.
Description
Titulaire(s) : UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT ETIENNE Etablissement public, CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Etablissement public.Holder (s): UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT ETIENNE Public establishment, NATIONAL CENTER OF SCIENTIFIC RESEARCH Public establishment.
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Mandataire(s) : REGIMBEAU.Agent (s): REGIMBEAU.
DISPOSITIF A CAPTEUR OPTIQUE UTILISANT UNE ONDE OPTIQUE DE SURFACE COUPLEE PAR UN RESEAU DE DIFFRACTION.OPTICAL SENSOR DEVICE USING AN OPTICAL SURFACE WAVE COUPLED BY A DIFFRACTION NETWORK.
FR 3 064 375 - A1FR 3 064 375 - A1
Le dispositif capteur comporte un détecteur (7) de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par une structure planaire comportant un réseau de diffraction, ce détecteur étant disposé pour récupérer au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et 1 lorsqu'une onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur (7) mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure (7) étant relié à une unité de traitement (9) adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.The sensor device comprises a detector (7) for measuring the intensity of the diffracted beams reflected by a planar structure comprising a diffraction grating, this detector being arranged to recover at least one of the diffracted beams reflected by the diffraction orders 0 and 1 when an incident wave has an angle of incidence corresponding to at least one nominal angular position of incidence, the detector (7) measuring, for at least this nominal angular position of incidence of the incident wave, the intensity at least one of said diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, this measurement detector (7) being connected to a processing unit (9) adapted to evaluate the measurand from measurements of the intensity of at least one of said reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1.
La présente invention concerne !e domaine technique des capteurs optiques utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, ce réseau de diffraction couplant une onde incidente à un plasmon de surface ou à un mode de guide d'onde diélectrique.The present invention relates to the technical field of optical sensors using a surface optical wave coupled by a diffraction grating, this diffraction grating coupling an incident wave to a surface plasmon or to a dielectric waveguide mode.
Le dispositif capteur selon l'invention trouve de nombreuses applications notamment dans les domaines du contrôle de surfaces, du suivi de processus technologiques de production en surface, de la biologie, de la santé, du contrôle environnemental ou alimentaire pour détecter par exemple des agents et/ou polluants chimiques et/ou des agents biologiques.The sensor device according to the invention finds numerous applications in particular in the fields of surface control, monitoring of technological processes of surface production, biology, health, environmental or food control to detect for example agents and / or chemical pollutants and / or biological agents.
Dans l'état de la technique, il est connu un type de capteur chimique utilisant comme mode de détection la résonance de plasmons de surface (SPR). Le principe repose sur la sensibilité d'une onde évanescente (mode de plasmons) se propageant à l'interface métal/ (air, diélectrique ou couche fonctionnelle), cette onde étant caractérisée par un fort champ électromagnétique sur une distance d'une fraction de la longueur d'onde.In the state of the art, a type of chemical sensor is known using the surface plasmon resonance (SPR) mode of detection. The principle is based on the sensitivity of an evanescent wave (plasmon mode) propagating at the metal / interface (air, dielectric or functional layer), this wave being characterized by a strong electromagnetic field over a distance of a fraction of The wavelength.
Dans un capteur plasmonîque, la résonance du couplage au mode de plasmon se manifeste par une chute du coefficient de réflexion (donc un large creux dans le spectre angulaire) nécessitant un balayage mécanique de l'angle d'incidence ou une analyse spectroscopique pour évaluer quantitativement l'effet d'une variation d'une quantité d'un mesurande (physique, chimique ou biologique) les rendant complexes et coûteux.In a plasmon sensor, the resonance of the coupling in the plasmon mode is manifested by a drop in the reflection coefficient (therefore a large dip in the angular spectrum) requiring a mechanical scanning of the angle of incidence or a spectroscopic analysis to quantitatively evaluate the effect of varying a quantity of a measurand (physical, chemical or biological) making them complex and expensive.
De manière analogue, pour un capteur à guide d'onde avec réseau, la résonance du couplage à un mode de propagation du guide d'onde se manifeste par un pic étroit de réflexion nécessitant soit un balayage de l'angle d'incidence à une longueur d'onde fixe soit un balayage de la longueur d'onde à un angle d'incidence fixe pour évaluer quantitativement une variation du mesurande.Similarly, for a networked waveguide sensor, the resonance of the coupling to a propagation mode of the waveguide is manifested by a narrow reflection peak requiring either a scanning of the angle of incidence at a fixed wavelength is a sweep of the wavelength at a fixed angle of incidence to quantitatively assess a variation of the measurand.
Des travaux récents publiés dans la référence, J. Sauvage-Vincent, Y. Jourlin, V. Petiton, A.V. Tishchenko, I. Verrier, O. Parriaux, « Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders, Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014 décrivent un effet nouveau de commutation entre les ordres propagatifs 0 et -1 d'un réseau de diffraction sous l'effet du couplage du mode de plasmon par les ordres +1 et -2.Recent work published in the reference, J. Sauvage-Vincent, Y. Jourlin, V. Petiton, AV Tishchenko, I. Verrier, O. Parriaux, “Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders, Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014 describe a new effect of switching between the propagative orders 0 and -1 of a diffraction grating under the effect of the coupling of the plasmon mode by the orders +1 and -2.
Cet effet de commutation a été étendu à un guide d'onde diélectrique déposé sur une surface métallique, conformément aux travaux publiés dans la référence O. Parriaux, Guide-mode trîggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide, J. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015.This switching effect has been extended to a dielectric waveguide deposited on a metal surface, in accordance with the work published in the reference O. Parriaux, Guide-mode trîggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide, J. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015.
L'explication phénoménologique de cet effet a été décrite par une approche de modes couplés dans la publication A.V. Tishchenko, O. Parriaux, « Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and lst orders of a métal grating », IEEE Photonics J., Aug. 2015.The phenomenological explanation of this effect has been described by an approach of coupled modes in the publication AV Tishchenko, O. Parriaux, "Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and lst orders of a metal grating", IEEE Photonics J., Aug. 2015.
L'effet de commutation décrit par ces trois publications met en œuvre une source de lumière émettant une onde collimatée incidente de longueur d'onde λ, se propageant dans un milieu incident et faisant, dans ce milieu incident, un angle d'incidence 0 avec ia normale à une structure planaire pour l'excitation d'une onde optique de surface étant soit le mode plasmon soit un mode de guide d'ondes. Cette structure planaire comporte un réseau de diffraction périodique de période Λ, agencé pour :The switching effect described by these three publications implements a light source emitting an incident collimated wave of wavelength λ, propagating in an incident medium and making, in this incident medium, an angle of incidence 0 with ia normal to a planar structure for the excitation of a surface optical wave being either the plasmon mode or a waveguide mode. This planar structure comprises a periodic diffraction grating of period Λ, arranged for:
• coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous l'angle d'incidence 0+1, à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous l'angle d'incidence 0.2, à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence 0+1 et 0.2 étant liés à l'angle de Littrow 0L dans le milieu incident pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivante : 2 sinGL= sin 0+1+ sin 0.2 ;• couple the incident wave by its diffraction order +1 under the angle of incidence 0 +1 , to the optical surface wave propagating in the general direction of the incident wave and by its diffraction order -2 at the angle of incidence 0. 2 , to the surface optical wave propagating in the direction opposite to the general direction of the incident wave, the angles of incidence 0 +1 and 0. 2 being linked to the 'Littrow angle 0 L in the incident medium for the diffraction order -1 of the grating by the following relation: 2 sinG L = sin 0 + 1 + sin 0. 2 ;
• que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction du dispositif ayant un caractère propagatif c'est-à-dire une onde qui se propage dans Se milieu incident, • que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée, la relation d'égalité suivante : 3λ=2Ληβ, avec ne l'indice effectif du mode de la structure planaire, • présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0.2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angle de Littrow 0L, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow 0L.• that the diffraction orders 0 and -1 of the network in the incident medium are the only diffraction orders of the device having a propagative character, that is to say a wave which propagates in Se incident medium, • that is verified, in a given tolerance range, the following equality relation: 3λ = 2Λη β , with n e the effective index of the mode of the planar structure, • present a depth such that the angular diffraction spectrum for the order -1 has a minimum for the angles of incidence 0 + 1 and 0.2 and a maximum for the angle of incidence at the angle of Littrow 0 L , so that the angular diffraction spectra for the orders of diffraction 0 and -1 have crossing points for at least a first nominal angular position of incidence and a second nominal angular position of incidence, consecutive to the angle of incidence of Littrow 0 L.
La référence Kouki Ichihashi, Yasuhiro Mizutani, and Tetsuo Iwata, Enhancement of the Sensitïvity of a Diffraction-Grating-Based Surface Plasmon Résonance Sensor Utilizing the first and Negative-Second-Order Diffracted Lights, OPTICAL REVIEW Vol 21 n°5 (2014) 728-731, décrit un capteur de plasmon utilisant comme ordres de diffraction l'ordre 1 et l'ordre 2. Ce capteur comporte une barrette sensible montée pour intercepter les faisceaux diffractés réfléchis permettant, à partir de la déflexion angulaire, de mesurer l'indice de réfraction d'un matériau. Cette référence ne met pas en œuvre l'effet de commutation et ne fait qu'exciter le mode de plasmon par les ordres +1 et -2 en observant l'effet du couplage plasmon sur le seul ordre 0 réfléchi. Si cette solution permet de renforcer la sensibilité de détection, un inconvénient de cette solution a trait à sa grande sensibilité aux variations d'intensité de la source lumineuse ou de température. Un autre inconvénient est que l'effet du couplage au mode de plasmon se traduit par un creux dans le spectre réfléchi tout comme lors de l'excitation du mode de plasmon par l'ordre +1 ou -1.The reference Kouki Ichihashi, Yasuhiro Mizutani, and Tetsuo Iwata, Enhancement of the Sensitïvity of a Diffraction-Grating-Based Surface Plasmon Résonance Sensor Utilizing the first and Negative-Second-Order Diffracted Lights, OPTICAL REVIEW Vol 21 n ° 5 (2014) 728 -731, describes a plasmon sensor using order 1 and order 2 as diffraction orders. This sensor comprises a sensitive strip mounted to intercept the reflected diffracted beams making it possible, from the angular deflection, to measure the index of refraction of a material. This reference does not implement the switching effect and only excites the plasmon mode by the +1 and -2 orders by observing the effect of the plasmon coupling on the only reflected 0 order. If this solution makes it possible to reinforce the detection sensitivity, a drawback of this solution relates to its great sensitivity to variations in the intensity of the light source or in temperature. Another drawback is that the effect of coupling to the plasmon mode results in a dip in the reflected spectrum just as during the excitation of the plasmon mode by the order +1 or -1.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients des techniques antérieures en proposant un nouveau dispositif capteur pour un mesurande utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, ce nouveau dispositif capteur présentant une meilleure sensibilité tout en étant relativement simple à mettre en œuvre.The present invention aims to remedy the drawbacks of the prior techniques by proposing a new sensor device for a measurand using a surface optical wave coupled by a diffraction grating, this new sensor device having better sensitivity while being relatively simple to implement .
Pour atteindre un tel objectif, le nouveau dispositif capteur selon l'invention comporte:To achieve such an objective, the new sensor device according to the invention comprises:
- une source de lumière émettant une onde collimatée incidente de longueur d'onde λ, se propageant dans un milieu incident d'indice de réfraction nd, et faisant, dans ce milieu incident, un angle d'incidence Θ avec la normale à une structure planaire ;a light source emitting an incident collimated wave of wavelength λ, propagating in an incident medium of refractive index n d , and making, in this incident medium, an angle of incidence Θ with the normal to a planar structure;
- une structure planaire pour la propagation d'une onde optique de surface, et présentant un indice effectif ne, cette structure planaire comportant au moins un réseau de diffraction périodique de période Λ, agencé pour :a planar structure for the propagation of a surface optical wave, and having an effective index n e , this planar structure comprising at least one periodic diffraction grating of period Λ, arranged for:
• coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous l'angle d'incidence θ+1 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous l'angle d'incidence 0.2 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence θ+1 et 0.2 étant liés à l'angle de Littrow 0L dans le milieu incident pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivante: 2 sin0L= sin θ+1+ sîn Θ-2 ;• couple the incident wave by its order of diffraction +1 under the angle of incidence θ +1 to the optical surface wave propagating in the general direction of the incident wave and by its order of diffraction -2 under the angle of incidence 0. 2 to the surface optical wave propagating in the direction opposite to the general direction of the incident wave, the angles of incidence θ +1 and 0. 2 being related to the angle of Littrow 0 L in the incident medium for the order of diffraction -1 of the grating by the following relation: 2 sin0 L = sin θ +1 + sîn Θ-2;
• que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction ayant un caractère propagatif (non-évanescent) dans la structure planaire, • que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée K, la relation d'égalité suivante : 3λ=2Ληβ, • présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0.2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angle de Littrow 0L, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow 0L.• that the diffraction orders 0 and -1 of the grating in the incident medium are the only diffraction orders having a propagative (non-evanescent) character in the planar structure, • that is verified, in a given tolerance range K, the following relation of equality: 3λ = 2Λη β , • to present a depth such that the angular spectrum of diffraction for the order -1 presents a minimum for the angles of incidence 0 + 1 and 0.2 and a maximum for the angle d incidence at the angle of Littrow 0 L , so that the angular diffraction spectra for the diffraction orders 0 and -1 have crossing points for at least a first nominal angular position of incidence and a second nominal angular position of incidence, consecutive to the angle of incidence of Littrow 0 L.
Selon l'invention, le dispositif capteur comporte un détecteur de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire, disposé pour récupérer au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.According to the invention, the sensor device comprises a detector for measuring the intensity of the diffracted beams reflected by the planar structure, arranged to recover at least one of the diffracted beams reflected by the diffraction orders 0 and -1 and spatially separated when the incident wave has an angle of incidence corresponding to at least one nominal angular position of incidence, the detector measuring, for at least this nominal angular position of incidence of the incident wave, the intensity of at least l one of said diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, this measurement detector being connected to a processing unit suitable for evaluating the measurand from measurements of the intensity of at least one of said diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1.
Selon un mode préféré de mise en œuvre, la source de lumière émet des ondes incidentes selon des angles d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la deuxième position angulaire nominale d'incidence et le détecteur mesure, pour cette première et cette deuxième positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, de sorte que l'unité de traitement évalue le mesurande à partir de ces mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.According to a preferred embodiment, the light source emits incident waves at angles of incidence corresponding to the first nominal angular position of incidence and to the second nominal angular position of incidence and the detector measures, for this first and second nominal angular positions of incidence of the incident wave, the intensity of at least one of the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, so that the processing unit evaluates the measurand from these measurements of the intensity of at least one of said reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1.
Selon ce mode préféré, l'unité de traitement évalue le mesurande à partir d'une comparaison des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, avec une caractérisation ou calibration préalable de la réponse du détecteur donnant les mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1 en fonction de l'évolution du mesurande.According to this preferred mode, the processing unit evaluates the measurand from a comparison of the measurements of the intensities of the reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1, with a characterization or prior calibration of the response of the detector giving the measurements of the intensities of the reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1 as a function of the evolution of the measurand.
Selon une variante avantageuse de réalisation, !e détecteur de mesure est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.According to an advantageous alternative embodiment, the measurement detector is arranged to recover the diffracted beams reflected from the diffraction orders 0 and -1 and spatially separated when the incident wave has an angle of incidence corresponding to at least one nominal angular position. incidence, the detector measuring, for at least this nominal angular position of incidence of the incident wave, the intensity of said reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1, this measurement detector being connected to a unit of processing adapted to evaluate the measurand from measurements of the intensity of said reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1.
Avantageusement, le détecteur de mesure est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la deuxième position angulaire d'incidence, le détecteur mesurant, pour ces deux positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.Advantageously, the measurement detector is arranged to recover the reflected diffracted beams of the diffraction orders 0 and -1 and spatially separated when the incident wave has an angle of incidence corresponding to the first nominal angular position of incidence and to the second angular position of incidence, the detector measuring, for these two nominal angular positions of incidence of the incident wave, the intensity of said diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, this measurement detector being connected to a processing unit suitable for evaluating the measurand from measurements of the intensity of said reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1.
Selon une caractéristique de l'invention, l'unité de traitement est adaptée pour détecter ie mesurande à partir de la différence des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.According to a characteristic of the invention, the processing unit is adapted to detect the measurand from the difference of the measurements of the intensities of the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1.
Typiquement, le réseau de diffraction de la structure planaire est agencé pour présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente une valeur nulle en tant que minimum pour les angles d'incidence 0+i et θ.2.Typically, the diffraction grating of the planar structure is arranged to have a depth such that the angular diffraction spectrum for the order -1 has a zero value as a minimum for the angles of incidence 0 + i and θ. 2 .
Selon une variante de réalisation, la source de lumière émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique et en ce que le réseau de diffraction est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau E, l'onde optique de surface étant ie mode de plasmon de surface se propageant à l'interface entre la surface métallique et le milieu incident, avec 3λ > 2Ληθ et ne étant l'indice effectif du mode de plasmon se propageant le long de l'interface surface métallique/milîeu incident.According to an alternative embodiment, the light source emits an incident wave of magnetic transverse polarization and in that the diffraction grating is an undulation of a metallic surface presented by the substrate which is metallic or coated with a metallic layer of thickness greater than the skin thickness E, the surface optical wave being ie surface plasmon mode propagating at the interface between the metal surface and the incident medium, with 3λ> 2Ληθ and n e being the effective index of the plasmon mode propagating along the metal surface / incident media interface.
Selon une autre variante de réalisation, la source de lumière émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse électrique et en ce que le réseau de diffraction est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau et en ce que la structure planaire comporte une couche diélectrique comme guide d'onde optique.According to another alternative embodiment, the light source emits an incident wave of transverse magnetic or electric transverse polarization and in that the diffraction grating is an undulation of a metallic surface presented by the substrate which is metallic or coated with a metallic layer of thickness greater than the skin thickness and in that the planar structure comprises a dielectric layer as an optical waveguide.
Selon une autre variante de réalisation, Sa source de lumière émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse électrique et en ce que le réseau de diffraction comporte une couche tampon entre une surface métallique et une couche diélectrique intégrant le réseau de diffraction périodique et formant le guide d'onde optique.According to another alternative embodiment, its light source emits an incident wave of transverse magnetic or electric transverse polarization and in that the diffraction grating comprises a buffer layer between a metal surface and a dielectric layer integrating the periodic diffraction grating and forming the optical waveguide.
Pour la détermination de la plage de tolérance K, la structure planaire comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi-conducteur associé à un réseau de diffraction, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K<ko(ne-3nex)/2 de sorte que cela implique ne>3 nsx, où 2K=3Kg-2k0.neavec K>0.For the determination of the tolerance range K, the planar structure comprises a dielectric or semiconductor waveguide associated with a diffraction grating, ensuring a total internal reflection for all the diffraction orders in the medium transmitted with index of refraction n ex , with the following condition satisfied K <ko (n e -3n ex ) / 2 so that this implies n e > 3 n sx , where 2K = 3Kg-2k 0 .n e with K> 0.
De même, la structure planaire comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi-conducteur associé à un réseau de diffraction, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K<ko(ne-3nex)/4 de sorte que cela implique ne>3 nex, où 2K =2kone - 3Kgavec K>0.Likewise, the planar structure comprises a dielectric or semiconductor waveguide associated with a diffraction grating, ensuring total internal reflection for all the diffraction orders in the transmitted medium of refractive index n ex , with the following condition satisfied K <ko (n e -3n ex ) / 4 so that this implies n e > 3 n ex , where 2K = 2k o n e - 3Kgwith K> 0.
Selon une autre variante de réalisation, la structure planaire comporte un milieu incident solide présentant un indice de réfraction ne>3 nex, le milieu incident solide comprenant à sa base, une couche diélectrique intégrant le réseau de diffraction et formant le guide d'onde optique, le réseau de diffraction recevant la couche fonctionnelle et se trouvant en contact avec le milieu extérieur d'indice de réfraction nex.According to another alternative embodiment, the planar structure comprises a solid incident medium having a refractive index n e > 3 n ex , the solid incident medium comprising at its base, a dielectric layer integrating the diffraction grating and forming the guide optical wave, the diffraction grating receiving the functional layer and being in contact with the external medium of refractive index n ex .
Selon une application préférée de l'invention, la structure planaire de diffraction est pourvue d'une couche fonctionnelle changeant d'indice de réfraction en présence, en tant que mesurande, d'une espèce chimique ou biologique et en ce que l'unité de traitement évalue en tant que mesurande, une espèce chimique ou biologique.According to a preferred application of the invention, the planar diffraction structure is provided with a functional layer changing the refractive index in the presence, as measurand, of a chemical or biological species and in that the unit of treatment assesses as a measurand, a chemical or biological species.
Selon une autre application préférée de l'invention, l'unité de traitement évalue en tant que mesurande, également la température de la surface planaire en relation avec le changement de Sa période du réseau de diffraction.According to another preferred application of the invention, the processing unit evaluates as a measurand, also the temperature of the planar surface in relation to the change in its period of the diffraction grating.
Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d’exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.Various other characteristics will emerge from the description given below with reference to the appended drawings which show, by way of nonlimiting examples, embodiments of the subject of the invention.
La figure 1 est une vue générale d'un dispositif capteur conforme à l'invention.Figure 1 is a general view of a sensor device according to the invention.
La figure 2 est une vue en coupe schématique d'une structure planaire avec un réseau de diffraction dont l'ondulation couple une onde plasmonique de surface.Figure 2 is a schematic sectional view of a planar structure with a diffraction grating whose undulation couples a surface plasmon wave.
La figure 3 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de plasmon par les ordres +1 et -2 du réseau.FIG. 3 illustrates the angular spectra of the reflected diffraction orders 0 and -1 of the diffraction grating corresponding to an excitation of plasmon mode by the orders +1 and -2 of the grating.
La figure 4 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique par les ordres +1 et -2 du réseau.FIG. 4 illustrates the angular spectra of the reflected diffraction orders 0 and -1 of the diffraction grating corresponding to an excitation of dielectric waveguide mode by the orders +1 and -2 of the grating.
Les figures 5 et 6 sont des coupes schématiques de variantes de réalisation de structures planaires pour un réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique.Figures 5 and 6 are schematic sections of alternative embodiments of planar structures for a diffraction grating corresponding to an excitation of dielectric waveguide mode.
La figure 7 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction et explicitant le principe de mesure conforme à l'invention.FIG. 7 illustrates the angular spectra of the reflected diffraction orders 0 and -1 of the diffraction grating and explaining the measurement principle according to the invention.
La figure 8 illustre en fonction du temps les variations des signaux de mesure de l'intensité des spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction.FIG. 8 illustrates as a function of time the variations of the signals for measuring the intensity of the angular spectra of the reflected orders of diffraction 0 and -1 of the diffraction grating.
La figure 9 illustre une autre variante de réalisation d'une structure planaire pour un réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique.FIG. 9 illustrates another alternative embodiment of a planar structure for a diffraction grating corresponding to an excitation of dielectric waveguide mode.
Tel que cela ressort plus précisément de la figure 1, l'objet de l'invention concerne un dispositif capteur 1 utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, et visant à détecter, évaluer ou mesurer un mesurande au sens général. Le dispositif capteur 1 selon l'invention trouve de nombreuses applications dans les domaines du contrôle de surfaces, du suivi de processus technologiques de production en surface, en particulier de la biologie, de l'environnement ou de l'agroalimentaire en vue de détecter, mesurer ou évaluer un mesurande, par exemple, physique, chimique ou biologique. Typiquement, le dispositif capteur 1 selon l'invention permet de détecter, mesurer ou évaluer une espèce chimique ou biologique, une température, un indice de réfraction, une grandeur physique et/ou une modification physico-chimique de la surface.As can be seen more clearly from FIG. 1, the object of the invention relates to a sensor device 1 using a surface optical wave coupled by a diffraction grating, and aiming to detect, evaluate or measure a measurand in the general sense. The sensor device 1 according to the invention finds numerous applications in the fields of surface control, monitoring of technological processes of surface production, in particular biology, the environment or the food industry with a view to detecting, measure or evaluate a measurand, for example, physical, chemical or biological. Typically, the sensor device 1 according to the invention makes it possible to detect, measure or evaluate a chemical or biological species, a temperature, a refractive index, a physical quantity and / or a physico-chemical modification of the surface.
Le dispositif capteur 1 selon l'invention comporte une source de lumière 2 émettant une onde incidente F de longueur d'onde ?.. Le faisceau émis par la source de lumière 2 est préférablement monochromatique et collimaté comme par exemple le faisceau émis par un laser à semiconducteur de type émetteur par la tranche ou de type VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) muni d'une microlentille de collimation. La source de lumière 2 émet une onde collimatée c'est-à-dire une onde plane avec une très faible divergence, comme cela sera décrit en détail dans la suite de la description.The sensor device 1 according to the invention comprises a light source 2 emitting an incident wave F of wavelength? .. The beam emitted by the light source 2 is preferably monochromatic and collimated such as for example the beam emitted by a laser wafer type semiconductor or VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) type equipped with a collimation microlens. The light source 2 emits a collimated wave, that is to say a plane wave with a very small divergence, as will be described in detail in the following description.
L'onde incidente F émise par la source de lumière 2 se propage dans un milieu incident 3 d'indice de réfraction nj, et fait, dans ce milieu incident, un angle d'incidence Θ avec la normale N à une structure planaire 4. Cette structure planaire 4 est adaptée pour la propagation d'une onde optique de surface d'indice effectif ne et comporte au moins un réseau de diffraction 5 périodique de période Λ et de profondeur d. Cette structure planaire 4 est également pourvue avantageusement d'une couche fonctionnelle 6 changeant d'indice de réfraction ou d'épaisseur en fonction du mesurande, comme cela sera expliqué dans la suite de la description.The incident wave F emitted by the light source 2 propagates in an incident medium 3 with a refractive index nj, and makes, in this incident medium, an angle of incidence Θ with the normal N to a planar structure 4. This planar structure 4 is suitable for the propagation of an optical wave of surface with effective index n e and comprises at least one periodic diffraction grating 5 of period Λ and of depth d. This planar structure 4 is also advantageously provided with a functional layer 6 which changes the refractive index or the thickness as a function of the measurand, as will be explained in the following description.
Le dispositif capteur 1 selon l'invention comporte également un détecteur 7 de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire 4. Ce détecteur de mesure 7 est relié à un calculateur ou une unité de traitement 9 adapté pour évaluer ou mesurer le mesurande à partir des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis.The sensor device 1 according to the invention also comprises a detector 7 for measuring the intensity of the diffracted beams reflected by the planar structure 4. This measurement detector 7 is connected to a computer or a processing unit 9 suitable for evaluating or measuring the measurand from the measurements of the intensities of the reflected diffracted beams.
Le dispositif capteur 1 selon l'invention met en œuvre un effet nouveau de commutation décrit dans la publication (1), J. Sauvage-Vincent, Y. Jourlîn, V. Petiton, A.V. Tishchenko, I. Verrier, O. Parriaux, « Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders, Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014. Cet effet nouveau est exhibé par une surface métallique ondulée où l'ondulation couple une onde incidente de polarisation TM (transverse magnétique) au plasmon de surface.The sensor device 1 according to the invention implements a new switching effect described in the publication (1), J. Sauvage-Vincent, Y. Jourlîn, V. Petiton, AV Tishchenko, I. Verrier, O. Parriaux, “ Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders, Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014. This new effect is exhibited by a corrugated metal surface where the ripple couples an incident wave of TM (transverse magnetic) polarization to the surface plasmon.
Ce nouveau principe de commutation basé sur un effet électromagnétique, a été étendu à un guide d'onde diélectrique déposé sur une surface métallique, conformément aux travaux publiés dans la publication (2), O. Parriaux, Guide-mode triggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide, J. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015.This new switching principle based on an electromagnetic effect, has been extended to a dielectric waveguide deposited on a metal surface, in accordance with the work published in the publication (2), O. Parriaux, Guide-mode triggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide, J. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015.
L'explication phénoménologique de cet effet a été décrite par une approche de modes couplés dans la publication (3), A.V. Tishchenko, O. Parriaux, « Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and -Ist orders of a métal grating », IEEE Photonics J., Aug. 2015.The phenomenological explanation of this effect has been described by an approach of coupled modes in the publication (3), AV Tishchenko, O. Parriaux, “Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and -Ist orders of a metal grating ”, IEEE Photonics J., Aug. 2015.
La description qui suit reprend d'abord le principe de l'effet de bascule ou de commutation induit par un couplage de mode de plasmon. Le principe de l'effet de bascule est présenté dans le cas d'une seule interface air-métal qui a été démontré expérimentalement et analysé. Tel que cela ressort de la figure 2, l'onde incidente F est une onde incidente de polarisation transverse magnétique qui se propage dans le milieu incident 3 qui est de l'air, le champ magnétique étant parallèle aux lignes du réseau de diffraction 5 comme expliqué dans les trois publications 1 à 3 citées ci-dessus.The description which follows first takes up the principle of the rocking or switching effect induced by a plasmon mode coupling. The principle of the rocking effect is presented in the case of a single air-metal interface which has been demonstrated experimentally and analyzed. As shown in FIG. 2, the incident wave F is an incident wave of magnetic transverse polarization which propagates in the incident medium 3 which is air, the magnetic field being parallel to the lines of the diffraction grating 5 as explained in the three publications 1 to 3 cited above.
La structure planaire 4 comporte un substrat homogène 11 de support du réseau de diffraction 5 qui est une ondulation d'une surface métallique. Ainsi, selon un premier exemple de réalisation, le substrat 11 est métallique en présentant en surface une ondulation périodique. Selon un deuxième exemple de réalisation, le substrat 11 est réalisé en un matériau diélectrique tel que du verre, revêtu par une couche métallique telle que de l'or. Cette couche métallique ondulée possède une épaisseur E supérieure à l'épaisseur de peau c'est à dire supérieure à l'expression λ/πΥΙεπ,Ι où kml est le module de la permittivité du métal.The planar structure 4 comprises a homogeneous substrate 11 for supporting the diffraction grating 5 which is an undulation of a metallic surface. Thus, according to a first embodiment, the substrate 11 is metallic, having a periodic undulation on the surface. According to a second embodiment, the substrate 11 is made of a dielectric material such as glass, coated with a metallic layer such as gold. This corrugated metal layer has a thickness E greater than the skin thickness, that is to say greater than the expression λ / πΥΙεπ, Ι where k m l is the modulus of the permittivity of the metal.
Le substrat homogène 11 est adapté pour ne propager en transmission aucune onde optique résultant de l'interaction de l'onde incidente avec le réseau de diffraction. En d'autres termes, l'interface entre la surface planaire 4 et le substrat 11 est équivalente à un miroir.The homogeneous substrate 11 is adapted not to propagate in transmission any optical wave resulting from the interaction of the incident wave with the diffraction grating. In other words, the interface between the planar surface 4 and the substrate 11 is equivalent to a mirror.
La configuration nominale du système optique est l'incidence de Littrow pour l'ordre -1 du réseau de diffraction 5 sous l'angle de Littrow 0L pour l'onde incidente, donné par sinôi. = V(2n<j Λ) (1), où λ est la longueur d'onde et Λ la période du réseau de diffraction 5 sinusoïdal, nd l'indice de réfraction du milieu incident 3.The nominal configuration of the optical system is the incidence of Littrow for the order -1 of the diffraction grating 5 under the angle of Littrow 0 L for the incident wave, given by sinôi. = V (2n <j Λ) (1), where λ is the wavelength and Λ the period of the sinusoidal diffraction grating 5, n d the refractive index of the incident medium 3.
L'expression (1) est dérivée de la définition de l'angle de Littrow oL pour l'ordre -1 :The expression (1) is derived from the definition of the angle of Littrow o L for the order -1:
Kg = 2 kondSin0L(2)Kg = 2 k o ndSin0 L (2)
OÙ Kg = 2π/Λ.WHERE Kg = 2π / Λ.
Une onde plane d'espace libre de polarisation Transverse Magnétique est incidente sur le réseau de diffraction 5. La période a du réseau de diffraction 5 est choisie par rapport à la longueur d'onde k telle que la relation d'inégalité suivante est satisfaite :A plane wave of Magnetic Transverse polarization free space is incident on the diffraction grating 5. The period a of the diffraction grating 5 is chosen with respect to the wavelength k such that the following inequality relation is satisfied:
3Kg> 2k0ne (3) où k0 = 2π/λ et ne est l'indice effectif du mode de plasmon se propageant le long de l'interface surface métaüique/diélectrique, ne ~ Re[(edeni/(cd +em))]1/2 (4) où ed = nd 2 et sont les permittivités complexes du milieu incident 3 et du métal à Sa longueur d'onde ?..3K g > 2k 0 n e (3) where k 0 = 2π / λ and n e is the effective index of the plasmon mode propagating along the metal / dielectric surface interface, n e ~ Re [(edeni / (cd + e m ))] 1/2 (4) where e d = n d 2 and are the complex permittivities of the incident medium 3 and of the metal at its wavelength? ..
L'indice effectif d'un mode de plasmon n'est que très peu supérieur à l'indice de réfraction nd du milieu incident 3. Sous la condition d'inégalité cidessus où 3Kg est seulement légèrement plus grand que 2k0ne, un petit changement de l'angle d'incidence Θ autour de l'angle de Littrow oL permet le couplage du mode de plasmon dans le sens copropagatif par l'ordre +1 et dans le sens contrapropagatif par l'ordre -2. Cette notion est rendue intelligible dans les cercles d'Ewald de Sa figure 3 montrant les spectres angulaires des ordres 0 et -1 où la profondeur d du réseau de diffraction 5 a été optimisée pour que la puissance optique diffractée dans les ordres 0 et -1 ait zéro comme minima.The effective index of a plasmon mode is only very little higher than the refractive index n d of the incident medium 3. Under the condition of inequality above where 3Kg is only slightly greater than 2k 0 n e , a small change in the angle of incidence Θ around the angle of Littrow o L allows the coupling of the plasmon mode in the copropagative direction by the order +1 and in the counterpropagative direction by the order -2. This notion is made intelligible in the Ewald circles of His figure 3 showing the angular spectra of orders 0 and -1 where the depth d of the diffraction grating 5 has been optimized so that the optical power diffracted in orders 0 and -1 have zero as a minimum.
Les spectres angulaires de la figure 3 montrent que le couplage synchrone du mode de plasmon provoque une chute à 0 de l'efficacité de diffraction de l'ordre -1 et un maximum de l'ordre réfléchi 0 lorsque les deux conditions suivantes sont satisfaites :The angular spectra of FIG. 3 show that the synchronous coupling of the plasmon mode causes a drop to 0 in the diffraction efficiency of the order -1 and a maximum of the reflected order 0 when the following two conditions are satisfied:
kond sin0+1= kQne - Kg pour le couplage codirectionnel par l'ordre + 1 (5) et koOd sin() 2= 2Kg - kone pour le couplage contradîrectionnel par l'ordrekond sin0 +1 = k Q n e - K g for the codirectional coupling by order + 1 (5) and koOd sin () 2 = 2K g - kon e for the contradirectional coupling by the order
-2 (6).-2 (6).
A partir des expressions (5) et (6), il peut être déduit une relation entre les angles 0L, 0+i et 0.2 :From expressions (5) and (6), it can be deduced a relationship between the angles 0 L , 0 + i and 0. 2 :
sinÙL = sinô+i+ sîn0.2,(7) valable pour tout Λ, λ et nd.sinÙL = sinô + i + sîn0. 2 , (7) valid for all Λ, λ and n d .
Substituant dans l'expression (5) Kg par son expression (2) et divisant l'expression résultante par ko on obtient :Substituting in expression (5) K g by its expression (2) and dividing the resulting expression by ko we obtain:
Ξϊηθ+1 = ne/nd - 2 sinOt (8)Ξϊηθ + 1 = n e / n d - 2 sinOt (8)
Substituant l'expression de sin0+i ci-dessus dans l'expression (7), on trouve :Substituting the expression for sin0 + i above in expression (7), we find:
sin0.2 = 4sin0L - ne/nd (9).sin0. 2 = 4sin0 L - n e / n d (9).
On peut donc maintenant exprimer l'écart angulaire entre le maximum de l'ordre 0 à l'angle de Littrow 0L et les angles 0.2 et 0+i de l'annulation de l'ordre 0 et du maximum de l'ordre -1 :We can therefore now express the angular difference between the maximum of order 0 at the angle of Littrow 0 L and the angles 0. 2 and 0 + i of the cancellation of order 0 and the maximum of the order -1:
sin0-2- sin0L= 3sin0L - ne/nd (10) sin0L- sin6+1= 3sin0L - ne/nd (11)sin0-2- sin0L = 3sin0 L - n e / n d (10) sin0 L - sin6 +1 = 3sin0 L - n e / n d (11)
Les expressions (10) et (11) expriment que la différence entre les sinus des angles 0.2 et 0L et entre les sinus des angles 0 L et 0 +i sont égales. Cette différence de 3sin0L - ne/nd dépend de l'angle de Littrow 0L, que l'on peut choisir par le rapport entre la longueur d'onde incidente λ et la périodeExpressions (10) and (11) express that the difference between the sines of the angles 0. 2 and 0 L and between the sines of the angles 0 L and 0 + i are equal. This difference of 3sin0 L - n e / n d depends on the angle of Littrow 0 L , which can be chosen by the ratio between the incident wavelength λ and the period
Λ du réseau de diffraction par l'expression (1) et de l'indice effectif ne de l'onde de surface couplée. Dans le cas où l'onde de surface est le mode de plasmon à une surface métallique, ne ne peut pas être librement choisi car il est donné par l'expression (4) qui exprime que l'indice effectif ne est déterminé par le métal et sa permittivité uniquement pour un milieu incident donné.Λ of the diffraction grating by expression (1) and of the effective index n e of the coupled surface wave. In the case where the surface wave is the plasmon mode at a metallic surface, n e cannot be freely chosen because it is given by expression (4) which expresses that the effective index n e is determined by the metal and its permittivity only for a given incident medium.
Voyons encore quelle est la relation entre Θ+1 et 0.2 suivant que 3Kg est plus grand que 2k0ne comme c'est le cas où l'onde de surface est un plasmon (voir expression (3)) ou que 3Kg < 2k0ne, ce qui peut être le cas lorsque l'onde de surface est un mode de guide d'onde diélectrique. Exprimons la différence (8) - (9) :Let us still see what is the relation between Θ +1 and 0. 2 depending on whether 3K g is larger than 2k 0 n e as it is the case where the surface wave is a plasmon (see expression (3)) or that 3K g <2k 0 n e , which may be the case when the surface wave is a dielectric waveguide mode. Let us express the difference (8) - (9):
sin0+i - sin0.2 = 2 ne/nd ~ 6sin0L(12)sin0 + i - sin0.2 = 2 n e / n d ~ 6sin0 L (12)
L'expression 3Kg> ou < 2k0ne est équivalente à :The expression 3K g > or <2k 0 n e is equivalent to:
3sin0L> ou < ne/nd (13) si bien que l'expression (13) placée dans l'expression (12) implique que sin0+i - sin0.2est négatif lorsque 3Kg > 2kone, i.e. θ.2 >0+1 (14) et sin0+i - siηθ.2 est positif lorsque 3Kg < 2k0ne, i.e. θ.2 <0+i (15)3sin0 L > or <n e / n d (13) so that expression (13) placed in expression (12) implies that sin0 + i - sin0. 2 is negative when 3K g > 2kon e , ie θ. 2 > 0 + 1 (14) and sin0 + i - siηθ. 2 is positive when 3Kg <2k 0 n e , ie θ. 2 <0 + i (15)
Donc lorsque 3Kg > 2k0ne l'angle de couplage θ+ι à l'onde de surface codirectionnelle par l'ordre +1 est le petit angle et l'angle de couplage 0.2 à l'onde de surface contradirectionnelle par l'ordre -2 est le grand angle dans le spectre angulaire. Lorsque 3Kg < 2k0ne l'angle de couplage 0+1 à l'onde de surface codirectionnelle par l'ordre +1 est Se grand angle et l'angle de couplage 0.2 à l'onde de surface contradirectionnelle par l'ordre -2 est le petit angle dans le spectre angulaire.So when 3Kg> 2k 0 n e the coupling angle θ + ι to the codirectional surface wave by the order +1 is the small angle and the coupling angle 0. 2 to the contradirectional surface wave by the order -2 is the wide angle in the angular spectrum. When 3Kg <2k 0 n e the coupling angle 0 +1 to the codirectional surface wave by the order +1 is Se wide angle and the coupling angle 0. 2 to the contradirectional surface wave by l 'order -2 is the small angle in the angular spectrum.
Les expressions (1) à (11) permettent de définir le processus de conception du dispositif capteur 1 conforme à l'invention.The expressions (1) to (11) make it possible to define the design process of the sensor device 1 according to the invention.
Selon un premier processus de conception, supposons que des considérations de transparence de matériaux et/ou de coût et/ou de sensibilité du détecteur de mesure imposent la longueur d'onde λ et que des considérations d'encombrement imposent l'angle de Littrow oL; ndest imposé par les conditions expérimentales. Alors la longueur d'onde λ et l'angle de Littrow oL imposent la période Λ par l'expression (1). Puisque l'angle de Littrow eL est imposé et que ne/nd est imposé par l'expression (4), alors l'écart angulaire est déterminé par les expressions (10) et (11) sans possibilité de choix. Il faut ensuite assurer que l'intensité de l'ordre 0 à l'angle de Littrow est proche de zéro et que l'intensité de l'ordre -1 aux angles d'incidence 0.2 et 0+1 est proche de zéro par la recherche de la profondeur d du réseau de diffraction 5. Cette recherche de la profondeur du réseau peut être effectuée par un programme de calcul électromagnétique disponible commercialement tel que MCgrating Diffraction Grating Analysis (https://mcgrating.com). Le code « C method » convient particulièrement bien au calcul d'une structure périodique propageant un mode de plasmon ; les données sont les indices de réfraction, la longueur d'onde, la période et le profil du réseau de diffraction. Le code calcule l'efficacité de diffraction des ordres 0 et -1 dans un balayage angulaire comme obtenu en figure 3. Le code dispose d'une option d'optimisation et trouvera la profondeur de réseau de diffraction 5 requise pour obtenir le minimum des ordres 0 et -1 aux angles eL, et θ+1 et0.2 respectivement qui ont été déterminés ci-dessus.According to a first design process, let us suppose that considerations of transparency of materials and / or cost and / or sensitivity of the measurement detector impose the wavelength λ and that considerations of overall dimensions impose the angle of Littrow o L ; n d is imposed by the experimental conditions. Then the wavelength λ and the angle of Littrow o L impose the period Λ by the expression (1). Since the angle of Littrow e L is imposed and that n e / n d is imposed by expression (4), then the angular difference is determined by expressions (10) and (11) without possibility of choice. It must then be ensured that the intensity of the order 0 at the angle of Littrow is close to zero and that the intensity of the order -1 at the angles of incidence 0.2 and 0 + 1 is close to zero by the research of the depth d of the diffraction grating 5. This research of the depth of the grating can be carried out by a commercially available electromagnetic calculation program such as MCgrating Diffraction Grating Analysis (https://mcgrating.com). The “C method” code is particularly suitable for calculating a periodic structure propagating a plasmon mode; the data are the refractive indices, the wavelength, the period and the profile of the diffraction grating. The code calculates the diffraction efficiency of orders 0 and -1 in an angular scan as obtained in figure 3. The code has an optimization option and will find the depth of diffraction grating 5 required to obtain the minimum of orders 0 and -1 at the angles e L , and θ +1 and 0. 2 respectively which have been determined above.
Selon un second processus de conception, supposons que la longueur d'onde λ et que les indices de réfraction sont définis et que c'est un écart angulaire entre 0L et 0+1 et oL et 0.2 voulu qu'il faut obtenir. Le processus de conception part de l'une des expressions (10) ou (11) d'où l'on obtient l'angle de Littrow 0L puisque ne/nd est donné et quee+i et0.2 sont imposés. La période λ est alors déterminée par l'expression (1). Il reste alors à déterminer la profondeur de réseau de diffraction 5 comme dans le premier processus de conception.According to a second design process, suppose that the wavelength λ and that the refractive indices are defined and that it is an angular difference between 0 L and 0 + 1 and o L and 0. 2 wanted get. The design process starts from one of the expressions (10) or (11) from which we obtain the angle of Littrow 0 L since ne / n d is given and quee + i and 0. 2 are imposed. The period λ is then determined by expression (1). It then remains to determine the depth of the diffraction grating 5 as in the first design process.
L'analyse de la publication (3) ci-dessus a démontré que le fait remarquable que les pertes par absorption lors du couplage du mode de plasmon soient inférieures aux pertes à l'angle de Littrow lorsque le plasmon n'est pas excité provient du fait que le réseau de diffraction très efficace découple dans le milieu incident le plasmon tout juste couplé avant que celui-ci soit absorbé. Les pertes d'absorption métallique sont quantifiées dans la figure 3 par la courbe B. Cette propriété qui a été décrite dans les publications (1) à (3) est nouvelle et inattendue car la signature sur l'onde réfléchie du couplage usuel par réseau d'un plasmon par l'ordre +1 ou -1 est un large et profond creux dans le spectre réfléchi.Analysis of publication (3) above has demonstrated that the remarkable fact that the absorption losses during coupling of the plasmon mode are less than the losses at the Littrow angle when the plasmon is not excited comes from the causes the very efficient diffraction grating to decouple the newly coupled plasmon from the incident medium before it is absorbed. The metallic absorption losses are quantified in FIG. 3 by the curve B. This property which has been described in publications (1) to (3) is new and unexpected because the signature on the reflected wave of the usual coupling by network. of a plasmon by the order +1 or -1 is a wide and deep hollow in the reflected spectrum.
Comme déjà indiqué, la publication (2) a révélé que le mécanisme expliqué par la publication (3) ne vaut pas uniquement pour une onde de plasmon de surface mais s'applique au cas où l'onde de surface est un mode de guide d'onde diélectrique en présence d'un miroir métallique pour exclure tout ordre de diffraction propagatif dans l'espace transmis.As already indicated, the publication (2) revealed that the mechanism explained by the publication (3) does not only apply to a surface plasmon wave but applies to the case where the surface wave is a guide mode d dielectric wave in the presence of a metal mirror to exclude any order of propagative diffraction in the transmitted space.
La figure 4 donne le spectre angulaire obtenu tandis que les figures 5 et 6 montrent des exemples d'une structure planaire 4 définissant un guide d'onde diélectrique. Selon ce mode de fonctionnement, la source de lumière 2 émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse électrique F. Par exemple, dans l'exemple de réalisation de la figure 5, le réseau de diffraction 5 de profondeur d est une ondulation d'une surface métallique 5a présentée par le substrat 11 qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau E, c'est-à-dire supérieure à l'expression ?v/nVlEml. La structure planaire 4 se comporte ainsi comme guide d'onde optique une couche diélectrique 5b d'épaisseur w, d'indice de réfraction ng et supportant la surface métallique 5a. Dans l'exemple de réalisation de la fgure 6, le réseau de diffraction 5 de profondeur d comporte une couche tampon diélectrique lia d'épaisseur tb, d'indice de réfraction nb<ng entre une surface métallique 11b du substrat 11 et une couche diélectrique 11c intégrant le réseau de diffraction périodique et formant le guide d'onde optique d'épaisseur twg.Figure 4 gives the angular spectrum obtained while Figures 5 and 6 show examples of a planar structure 4 defining a dielectric waveguide. According to this operating mode, the light source 2 emits an incident wave of transverse magnetic or electric transverse polarization F. For example, in the embodiment of FIG. 5, the diffraction grating 5 of depth d is an undulation d a metallic surface 5a presented by the substrate 11 which is metallic or coated with a metallic layer of thickness greater than the skin thickness E, that is to say greater than the expression? v / nVlE m l . The planar structure 4 thus behaves as an optical waveguide a dielectric layer 5b of thickness w, of refractive index n g and supporting the metal surface 5a. In the embodiment of figure 6, the diffraction grating 5 of depth d comprises a dielectric buffer layer lia of thickness t b , of refractive index n b <n g between a metal surface 11b of the substrate 11 and a dielectric layer 11c integrating the periodic diffraction grating and forming the optical waveguide of thickness t wg .
Si, dans le cas d'un réseau de diffraction couplant l’onde incidente à un mode de plasmon, le prof I du réseau de diffraction est préférablement de prof l doux sans aspérités, il est à noter que dans le cas d’un couplage à un mode de guide d'onde diélectrique, le réseau de diffraction peut aussi avoir un profil rectangulaire, triangulaire ou trapézoïdal.If, in the case of a diffraction grating coupling the incident wave to a plasmon mode, the prof I of the diffraction grating is preferably of soft prof l without roughness, it should be noted that in the case of a coupling in a dielectric waveguide mode, the diffraction grating can also have a rectangular, triangular or trapezoidal profile.
Pour le processus de conception de ce mode de guide d'onde diélectrique, les expressions (1) à (11), sauf l'expression (4), restent valables dans le cas où l'onde de surface est un mode guidé dans une couche diélectrique. Une différence notable est que, dans ce cas, l'indice effectif ne du mode peut être choisi librement par l'épaisseur de la couche et son indice de réfraction. Ainsi, le choix de l'angle de Littrow oL n'impose pas l'écart angulaire entre 0L et θ+1 ou θ.2 contrairement au cas d'une onde de surface de type plasmon.For the design process of this dielectric waveguide mode, expressions (1) to (11), except expression (4), remain valid in the case where the surface wave is a guided mode in a dielectric layer. A notable difference is that, in this case, the effective index n e of the mode can be freely chosen by the thickness of the layer and its refractive index. Thus, the choice of the angle of Littrow o L does not impose the angular difference between 0 L and θ +1 or θ. 2 unlike the case of a plasmon type surface wave.
Supposons par exemple que la longueur d'onde λ et l'indice de réfraction nd du milieu incident 3 sont fixés et que l'objectif de la conception est d'obtenir un dispositif capteur ayant un angle de Littrow et des écarts angulaires 0.2-0l et oL-0+i prescrits (ces trois angles imposés doivent naturellement satisfaire à la relation (7)). L'expression (1) détermine la période λ. L'une des expressions (10) et (11) détermine la valeur que doit avoir l'indice effectif ne du mode pour satisfaire à l'objectif sur les angles. Le type de la structure planaire correspondant à la figure 5 étant connu, l'homme de l'art de l'optique intégrée va écrire l'équation de dispersion du mode de polarisation transverse électrique TE ou transverse magnétique TM considéré (préférablement le mode fondamental) et déterminer l'épaisseur et l'indice de réfraction des couches diélectriques composant la structure planaire conférant à ce mode l'indice effectif voulu. Il peut s'aider en cela d'un code de calcul de guide d'ondes disponible commercialement depuis des décennies. Pour autant, la structure planaire 4 ne sera pas encore déterminée précisément car le réseau de diffraction 5 inscrit dans ou sur le guide d'onde, dont la profondeur est encore inconnue, va par ses sillons modifier la valeur de l'indice effectif. Néanmoins, les valeurs trouvées pour les indices de réfraction des couches et leurs épaisseurs représentent un point de départ pour une optimisation numérique utilisant par exemple l'un des codes de MCGrating dans lequel les paramètres donnés sont λ, λ, nd, nb, ng, le type de profil du réseau de diffraction, les variables d'optimisation sont les épaisseurs ainsi que la profondeur du réseau de diffraction et les fonctions à optimiser sont le minimum des ordres 0 et -1 aux angles prescrits oL, θ+1 et Θ-2 respectivement.Suppose for example that the wavelength λ and the refractive index n d of the incident medium 3 are fixed and that the objective of the design is to obtain a sensor device having a Littrow angle and angular deviations 0. 2 -0l and o L -0 + i prescribed (these three imposed angles must naturally satisfy relation (7)). Expression (1) determines the period λ. One of the expressions (10) and (11) determines the value which the effective index n e of the mode must have to satisfy the objective on the angles. As the type of planar structure corresponding to FIG. 5 is known, those skilled in the art of integrated optics will write the dispersion equation for the transverse electric polarization TE or transverse magnetic TM mode considered (preferably the fundamental mode ) and determine the thickness and the refractive index of the dielectric layers composing the planar structure giving this mode the desired effective index. It can be helped in this by a waveguide calculation code commercially available for decades. However, the planar structure 4 will not yet be determined precisely because the diffraction grating 5 inscribed in or on the waveguide, the depth of which is still unknown, will by its furrows modify the value of the effective index. However, the values found for the refractive indices of the layers and their thicknesses represent a starting point for a numerical optimization using for example one of the MCGrating codes in which the given parameters are λ, λ, n d , n b , n g , the type of profile of the diffraction grating, the optimization variables are the thicknesses as well as the depth of the diffraction grating and the functions to be optimized are the minimum of orders 0 and -1 at the prescribed angles o L , θ + 1 and Θ-2 respectively.
Il ressort de la description qui précède que la structure planaire 4 mettant en œuvre un mode de plasmon ou un guide d'onde diélectrique comporte un réseau de diffraction 5 agencé pour :It emerges from the above description that the planar structure 4 implementing a plasmon mode or a dielectric waveguide comprises a diffraction grating 5 arranged to:
• coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous l'angle d'incidence 0+i à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous l'angle d'incidence 0.2 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence 0+1 et 0.2 étant liés à l'angle de Littrow 0L dans le milieu incident pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivante :2 sin0L= sin 0+1+ sin 0.2;• couple the incident wave by its diffraction order +1 under the angle of incidence 0 + i to the surface optical wave propagating in the general direction of the incident wave and by its diffraction order -2 under the angle of incidence 0. 2 to the surface optical wave propagating in the direction opposite to the general direction of the incident wave, the angles of incidence 0 +1 and 0. 2 being related to the angle of Littrow 0 L in the incident medium for the order of diffraction -1 of the grating by the following relation: 2 sin0 L = sin 0 +1 + sin 0. 2 ;
• que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction du dispositif ayant un caractère propagatif (non-évanescent) dans la structure planaire 4, • que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée K, la relation d'égalité suivante : 3λ=2Ληθ, • présenter une profondeur d telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence θ+1 et 0.2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angie de Littrow 0L, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow 0L.• that the diffraction orders 0 and -1 of the network in the incident medium are the only diffraction orders of the device having a propagative (non-evanescent) character in the planar structure 4, • that is verified, within a given tolerance range K, the following equality relation: 3λ = 2Ληθ, • present a depth d such that the angular diffraction spectrum for the order -1 has a minimum for the angles of incidence θ +1 and 0. 2 and a maximum for the angle of incidence at the angle of Littrow 0 L , so that the angular diffraction spectra for the diffraction orders 0 and -1 present crossing points for at least one first nominal angular position of incidence and a second nominal angular position of incidence, consecutive to the angle of incidence of Littrow 0 L.
Selon une variante avantageuse de réalisation, te réseau de diffraction 5 de la structure planaire 4 est agencé pour présenter une profondeur telle que ie spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente une valeur nulle en tant que minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0.2.According to an advantageous alternative embodiment, the diffraction grating 5 of the planar structure 4 is arranged to have a depth such that the angular diffraction spectrum for the order -1 has a zero value as a minimum for the angles of incidence 0 +1 and 0. 2 .
Il est à noter que les deux fréquences spatiales 2kone et 3Kg ou, en d'autres termes, 3λ et 2Ληθ sont égales ou relativement proches. Par convention, la relation d'égalité 3λ=2Ληθ est vérifiée dans une plage de tolérance donnée K, avec 3kg=2kone +2K, où K est positif.It should be noted that the two spatial frequencies 2kon e and 3K g or, in other words, 3λ and 2Ληθ are equal or relatively close. By convention, the relation of equality 3λ = 2Λη θ is verified in a given tolerance range K, with 3k g = 2kon e + 2K, where K is positive.
Dans le cas où 3Kg > 2kone alors K est inférieur à Kg/2 avec Kg =2π/Λ.In the case where 3Kg> 2kon e then K is less than Kg / 2 with Kg = 2π / Λ.
Dans le cas où 3Kg < 2kone alors K est inférieur à ko(ne-nd)/2, avec 1^0=-27^/7=.In the case where 3Kg <2k o n e then K is less than ko (n e -nd) / 2, with 1 ^ 0 = -27 ^ / 7 =.
Conformément à l'invention, le dispositif capteur 1 comporte un détecteur 7 destiné à mesurer l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1. Le détecteur 7 permet ainsi de détecter la variation de la puissance des ordres 0 et -1 sous l'effet d'un mesurande physique ou chimique ou biologique au voisinage de la surface planaire en utilisant l'effet décrit ci-dessus.According to the invention, the sensor device 1 comprises a detector 7 intended to measure the intensity of the diffracted beams reflected from the diffraction orders 0 and -1. The detector 7 thus makes it possible to detect the variation in the power of the orders 0 and -1 under the effect of a physical or chemical or biological measurand in the vicinity of the planar surface using the effect described above.
La figure 7 illustre le principe de détection qui reprend un spectre angulaire typique de l'effet de couplage résonnant rappelé ci-dessus. Il ressort de ce spectre angulaire que les spectres angulaires des ordres 0 et -1 se croisent en différents points PI, P2, P3 et P4 correspondant à différentes positions angulaires nominaies d'incidence. Ii apparaît une première position angulaire nominale θ-ι et une deuxième position angulaire nominale θ2 consécutives à l'angle de Littrow 0L, et correspondant respectivement aux points de croisement PI, P2, voire également des positions angulaires pour les points de croisement P3 et P4 si les anomalies de Wood des ordres +1 et -2 sont angulairement si éloignées qu'elles permettent des croisements. Ainsi, les angles d'incidence θΊ,θ2 des positions PI, P2 auxquels les intensités des ordres 0 et -1 sont à mesurer sont situées entre les zéros des ordres 0 et -1 et de part et d'autre de l'angle de LittrowFIG. 7 illustrates the detection principle which takes up a typical angular spectrum of the resonant coupling effect recalled above. It appears from this angular spectrum that the angular spectra of orders 0 and -1 intersect at different points PI, P2, P3 and P4 corresponding to different nominal angular positions of incidence. Ii appears a first nominal angular position θ-ι and a second nominal angular position θ 2 consecutive to the angle of Littrow 0 L , and corresponding respectively to the crossing points PI, P2, even also angular positions for the crossing points P3 and P4 if the Wood anomalies of orders +1 and -2 are angularly so far apart that they allow crossings. Thus, the angles of incidence θ Ί , θ 2 of the positions PI, P2 at which the intensities of orders 0 and -1 are to be measured are located between the zeros of orders 0 and -1 and on either side of the Littrow angle
0L.0L.
Selon un premier mode de mise en œuvre du dispositif capteur 1 selon l'invention, l'onde incidente F présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence par exemple Θ-,.According to a first embodiment of the sensor device 1 according to the invention, the incident wave F has an angle of incidence corresponding to at least one nominal angular position of incidence, for example Θ- ,.
Le détecteur 7 détecte les intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres 0 et -1 qui, en situation d'équilibre (en l'absence du mesurande), délivrent le même signal. La figure 8 illustre, à titre d'exemple, la forme des signaux SI, S2 représentatifs de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, avec une onde incidente d'angle θν Le détecteur 7 est bien entendu placé dans la direction de propagation des ordres réfléchis diffractés 0 et -1 pour récupérer de manière spatialement séparée les faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1.The detector 7 detects the intensities of the diffracted beams reflected for the orders 0 and -1 which, in an equilibrium situation (in the absence of the measurand), deliver the same signal. FIG. 8 illustrates, by way of example, the shape of the signals S1, S2 representative of the intensity of the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, with an incident wave of angle θν The detector 7 is indeed heard placed in the direction of propagation of the diffracted reflected orders 0 and -1 to recover in a spatially separate manner the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1.
Typiquement, le détecteur 7 comporte deux photodétecteurs qui assurent une conversion photoélectrique. Ces photodétecteurs peuvent être des photodiodes sensibles à la longueur d'onde de la source lumineuse 2. Pour une détection multiple de mesurandes, le détecteur 7 peut être plus complexe et comprendre une multitude de paires de photodétecteurs (une paire par mesurande) correspondant à une répartition spatiale de la surface de détection. Dans cette configuration, le détecteur est composé d'une matrice ou barrette de photodétecteurs.Typically, the detector 7 comprises two photodetectors which provide photoelectric conversion. These photodetectors can be photodiodes sensitive to the wavelength of the light source 2. For multiple detection of measurands, detector 7 can be more complex and include a multitude of pairs of photodetectors (one pair per measurand) corresponding to a spatial distribution of the detection surface. In this configuration, the detector is made up of a matrix or array of photodetectors.
Une variation du mesurande provoque un déplacement du point d'intersection, ce qui provoque une variation de signes opposés des signaux SI, S2 sans ambiguïté concernant le sens de déplacement du point d'intersection. A partir de ces signaux de mesure SI, S2, l'unité de traitement 9 évalue le mesurande. L'unité de traitement 9 évalue le mesurande à partir d'une comparaison des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, avec une caractérisation préalable de la réponse du détecteur donnant les mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1 en fonction de l'évolution du mesurande. Cette caractérisation ou étalonnage permet d'évaluer, de quantifier ou de mesurer le mesurande. Cette calibration du mesurande ou étalonnage est réalisé par une calibration à partir d'un étalon de mesure dont la valeur du mesurande est connue à priori (concentration de gaz, d'espèces chimiques ou biologiques connues) dont on fera varier les concentrations (pour obtenir une courbe d'étalonnage).A variation of the measurand causes a displacement of the point of intersection, which causes a variation of opposite signs of the signals S1, S2 without ambiguity concerning the direction of displacement of the point of intersection. From these measurement signals S1, S2, the processing unit 9 evaluates the measurand. The processing unit 9 evaluates the measurand from a comparison of the measurements of the intensities of the reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1, with a prior characterization of the response of the detector giving the measurements of the intensities of the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1 as a function of the evolution of the measurand. This characterization or calibration makes it possible to evaluate, quantify or measure the measurand. This calibration of the measurand or calibration is carried out by a calibration from a measurement standard whose value of the measurand is known a priori (concentration of gas, of known chemical or biological species) whose concentrations will be varied (to obtain a calibration curve).
Il est à noter qu'il peut être prévu que le détecteur 7 récupère pour au moins une position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente uniquement l'un des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 ou -1. Selon cette variante de réalisation, le détecteur 7 mesure l'intensité du faisceau diffracté réfléchi pour les ordres de diffraction 0 ou -1. L'unité de traitement 9 évalue alors le mesurande à partir des mesures de l'intensité du faisceau diffracté réfléchi pour les ordres de diffraction 0 ou -1. Ces mesures de l'intensité du faisceau diffracté réfléchi pour les ordres de diffraction 0 ou -1 sont bien entendu évaluées ou quantifiées en fonction d'une phase préalable de calibration ou d'étalonnage.It should be noted that it may be expected that the detector 7 recovers for at least one nominal angular position of incidence of the incident wave only one of the reflected diffracted beams of the diffraction orders 0 or -1. According to this variant embodiment, the detector 7 measures the intensity of the diffracted beam reflected for the diffraction orders 0 or -1. The processing unit 9 then evaluates the measurand from measurements of the intensity of the reflected diffracted beam for the diffraction orders 0 or -1. These measurements of the intensity of the reflected diffracted beam for the 0 or -1 diffraction orders are of course evaluated or quantified as a function of a prior calibration or calibration phase.
il doit être noté que le déplacement des points d'intersection PI, P2 est lié à une variation d'un mesurande pouvant être la température de la structure planaire, l'indice de réfraction de la structure planaire ou la longueur d'onde de l'onde incidente F. Selon une application préférée, la structure planaire de diffraction 4 est pourvue d'une couche fonctionnelle 6 changeant d'indice de réfraction en présence, en tant que mesurande, d'une espèce chimique ou biologique de sorte que l'unité de traitement évalue en tant que mesurande, une espèce chimique ou biologique.it should be noted that the displacement of the points of intersection PI, P2 is linked to a variation of a measurand which may be the temperature of the planar structure, the refractive index of the planar structure or the wavelength of l incident wave F. According to a preferred application, the planar diffraction structure 4 is provided with a functional layer 6 changing the refractive index in the presence, as measurand, of a chemical or biological species so that the processing unit evaluates as a measurand, a chemical or biological species.
Cette mesure basée sur une mesure d'intensité lumineuse permet une mesure différentielle, par la simple différence des signaux SI, S2 ou le rapport différentiel entre les signaux. Ainsi, on s'affranchit des variations d'intensité de la source de lumière 2 et on élimine l'ensemble des erreurs de mesures provenant des bruits et variations de mode commun. Des réglages permettront d'ajuster finement l'équilibre par un réglage du décaiage ou valeur moyenne de la différence. L'addition des signaux permet de contrôler en permanence le niveau de la source incidente et ainsi de s'affranchir de ses variations lors de la mesure du mesurande à partir des signaux différentiels. En pratique, à partir de la différence des signaux SI, S2, la sensibilité au mesurande est significativement augmentée d'un facteur 2 par rapport à un seul signal.This measurement based on a measurement of light intensity allows a differential measurement, by the simple difference of the signals SI, S2 or the differential ratio between the signals. Thus, variations in intensity of the light source 2 are eliminated and all measurement errors originating from noise and common mode variations are eliminated. Adjustments will make it possible to finely adjust the balance by adjusting the shifting or average value of the difference. The addition of the signals makes it possible to permanently control the level of the incident source and thus to get rid of its variations during the measurement of the measurand from the differential signals. In practice, from the difference of the signals SI, S2, the sensitivity to the measurand is significantly increased by a factor of 2 compared to a single signal.
La sensibilité peut être réglée avec le gain de l'amplification du signal de différence entre les deux photodétecteurs. Pour augmenter le seuil de détection, le bruit peut être réduit en réalisant la différence des signaux issus des photodétecteurs après la conversion en tension (courant/tension) ou directement en courant (issu des photodétecteurs). Ce traitement peut être réalisé en analogique ou en numérique selon le niveau d'intégration du détecteur et de traitement du signal.The sensitivity can be adjusted with the gain of the amplification of the difference signal between the two photodetectors. To increase the detection threshold, the noise can be reduced by realizing the difference of the signals coming from the photodetectors after the conversion into voltage (current / voltage) or directly into current (coming from photodetectors). This processing can be performed in analog or digital depending on the level of integration of the detector and signal processing.
Selon un deuxième mode de mise en œuvre du dispositif capteur 1 selon l'invention, la source de lumière 2 émet des ondes incidentes selon des angles d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence θτ et à la deuxième position angulaire nominale d'incidence θ2. Le détecteur 7 mesure, pour cette première et cette deuxième positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, de sorte que l'unité de traitement 9 évalue le mesurande à partir de ces mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. Typiquement, ce deuxième mode de mise en œuvre permet la détection de plusieurs mesurandes.According to a second embodiment of the sensor device 1 according to the invention, the light source 2 emits incident waves at angles of incidence corresponding to the first nominal angular position of incidence θτ and to the second nominal angular position incidence θ 2 . The detector 7 measures, for this first and this second nominal angular positions of incidence of the incident wave, the intensity of the diffracted beams reflected for the diffraction orders 0 and -1, so that the processing unit 9 evaluates the measurand from these measurements of the intensities of the reflected diffracted beams for the diffraction orders 0 and -1. Typically, this second mode of implementation allows the detection of several measurands.
Ainsi, selon une application avantageuse, la structure planaire de diffraction 4 est pourvue d'une couche fonctionnelle changeant d'indice de réfraction en présence, en tant que mesurande, d'une espèce chimique ou biologique, le réseau de diffraction de cette structure planaire de diffraction 4 changeant de période en fonction de la température de la structure planaire. L'unité de traitement 9 évalue ainsi en tant que mesurandes, une espèce chimique ou biologique et la température.Thus, according to an advantageous application, the planar diffraction structure 4 is provided with a functional layer changing the refractive index in the presence, as measurand, of a chemical or biological species, the diffraction grating of this planar structure diffraction 4 changing period depending on the temperature of the planar structure. The processing unit 9 thus evaluates as measurands, a chemical or biological species and the temperature.
Il ressort de la description qui précède que des erreurs sur les paramètres optogéométriques du dispositif capteur ont un effet sur les conditions de mesure.It appears from the above description that errors on the optogeometric parameters of the sensor device have an effect on the measurement conditions.
Ainsi, une dérive de la longueur d'onde λ provoque une modification de l'angle de Littrow eL selon l'expression (1). De même, une dérive thermique entraîne une modification des mesures. L'effet sur la détermination du mesurande d'une dérive en température ou en longueur d'onde est modélisable par l'usage d'un code comme MCGrating. Il en découlera la tolérance admise sur la période du réseau λ et Sa longueur d'onde λ pour une précision désirée sur le mesurande. Toutefois, une mesure de cette dérive peut être effectuée par une mesure aux deux points de croisement Pl et P2 comme décrit ci-avant.Thus, a drift of the wavelength λ causes a modification of the angle of Littrow e L according to expression (1). Likewise, a thermal drift leads to a modification of the measurements. The effect on the determination of the measurand of a temperature or wavelength drift can be modeled by the use of a code like MCGrating. This will result in the tolerance allowed over the period of the network λ and its wavelength λ for a desired precision on the measurand. However, a measurement of this drift can be carried out by a measurement at the two crossing points Pl and P2 as described above.
Par ailleurs, une largeur spectrale en longueur d'onde Δλ non nulle résultera en une superposition de spectres tel que ceux des figures 3 ou 4 pour chaque composante spectrale d'onde plane incidente donc, suivant ce qui précède concernant les dérives, en des maxima plus faibles et des minima non nuis des ordres 0 et -1. Cet effet n'empêche pas la mesure aux positions spectrales angulaires θι ou θ2 pour autant que la forme générale du spectre angulaire n'est pas profondément altérée, ce que l'utilisation d'un code de MCGrating permet de garantir. Une limite conservative à Δλ est que la variation de la différence angulaire gl - θ+ι ne varie pas de plus de 20% avec une composante spectrale de λ +-Δλ/2.Furthermore, a non-zero spectral width in wavelength Δλ will result in a superposition of spectra such as those of FIGS. 3 or 4 for each spectral component of incident plane wave, therefore, according to the above concerning the drifts, in maxima lower and non-harmful minima of orders 0 and -1. This effect does not prevent the measurement at the angular spectral positions θι or θ 2 provided that the general shape of the angular spectrum is not deeply altered, which the use of an MCGrating code makes it possible to guarantee. A conservative limit to Δλ is that the variation of the angular difference g l - θ + ι does not vary by more than 20% with a spectral component of λ + -Δλ / 2.
Une largeur angulaire δθ non nulle de l'onde incidente autour des positions angulaires de mesure 0! ou θ2 résultera en l'intégration des intensités spectrales angulaires autour des positions Θι ou 02. Une limite conservative à Δθ est le 30% de la différence angulaire 0L - 0+1 ou û.2 - 0lIl ressort de la description qui précède que la fonction optique de bascule par le couplage à un mode de surface n'est exécutée que si les seuls ordres de diffraction propagatifs sont les ordres 0 et -1 réfléchis à l'exclusion d'ordres de diffraction transmis qui représenteraient des canaux de fuite de puissance optique empêchant l'interférence constructive/destructive de haut contraste en réflexion. Cela implique qu'un miroir est disposé sous l'interface ou le guide d'onde propageant l'onde de surface. Dans ie cas de l'onde plasmon de surface, c'est ie miroir qui propage l'onde de surface et dans le cas d'un guide d'onde diélectrique, le miroir est disposé sous le guide d'onde avec une éventuelle couche tampon de bas indice de réfraction entre deux. Le désavantage est que la présence du métal dans le champ du mode couplé induit des pertes par absorption.A non-zero angular width δθ of the incident wave around the angular positions of measurement 0! or θ 2 will result in the integration of the angular spectral intensities around the positions Θι or 0 2 . A conservative limit at Δθ is 30% of the angular difference 0 L - 0 + 1 or û. 2 - 0l It appears from the above description that the optical flip-flop function by coupling to a surface mode is only executed if the only propagative diffraction orders are the 0 and -1 orders reflected to the exclusion of orders of diffraction transmitted which would represent optical power leakage channels preventing constructive / destructive interference of high contrast in reflection. This implies that a mirror is placed under the interface or the waveguide propagating the surface wave. In the case of the surface plasmon wave, it is the mirror which propagates the surface wave and in the case of a dielectric waveguide, the mirror is placed under the waveguide with a possible layer. low refractive index buffer between two. The disadvantage is that the presence of the metal in the field of the coupled mode induces losses by absorption.
Une configuration nouvelle est de supprimer le miroir métallique et de le remplacer par une simple interface diélectrique en condition de réflexion interne totale pour tous les ordres de diffraction propagatifs qui pourraient être transmis. La représentation de la structure et des conditions d'incidence sont illustrées en figure 9 où un milieu incident solide est utilisé pour pouvoir coupler le mode du guide d'onde à la base du milieu incident à un angle d'incidence au-delà de l'angle critique entre le milieu incident solide et le milieu extérieur.A new configuration is to remove the metallic mirror and replace it with a simple dielectric interface under conditions of total internal reflection for all the propagative diffraction orders which could be transmitted. The representation of the structure and the incidence conditions are illustrated in FIG. 9 where a solid incident medium is used in order to be able to couple the mode of the waveguide at the base of the incident medium at an angle of incidence beyond l critical angle between the solid incident medium and the external medium.
Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 9, la structure planaire 4 comporte un milieu incident solide 3 présentant un indice de réfraction ne>3nex, avec nex étant l'indice de réfraction du milieu extérieur en contact avec le réseau de diffraction 5, à savoir l'air ou un milieu liquide par exemple. Le milieu incident solide 3 est un demi-cylindre circulaire, un bloc parallélépipédique ou comme illustré, un prisme présentant à sa base une couche diélectrique 11c intégrant le réseau de diffraction 5 et formant le guide d'onde optique d'épaisseur twg. Le réseau de diffraction 5 reçoit la couche fonctionnelle 6 et se trouve en contact avec le milieu extérieur d'indice de réfraction nex. Selon cette variante de réalisation, le réseau de diffraction 5 est situé sur la face de la structure planaire 4 opposée de celle recevant l'onde incidente et émettant les faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire.In the embodiment illustrated in FIG. 9, the planar structure 4 comprises a solid incident medium 3 having a refractive index n e > 3n ex , with n ex being the refractive index of the external medium in contact with the network diffraction 5, namely air or a liquid medium for example. The solid incident medium 3 is a circular half-cylinder, a parallelepipedic block or, as illustrated, a prism having at its base a dielectric layer 11c integrating the diffraction grating 5 and forming the optical waveguide of thickness t wg . The diffraction grating 5 receives the functional layer 6 and is in contact with the external medium of refractive index n ex . According to this alternative embodiment, the diffraction grating 5 is located on the face of the planar structure 4 opposite to that receiving the incident wave and emitting the diffracted beams reflected by the planar structure.
Selon un exemple de réalisation pour lequel 3λ>2Λ ne, la structure planaire 4 comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi-conducteur associé à un réseau de diffraction 5, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans ie milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K<ko(ne-3nex)/2 de sorte que cela implique ne>3 nex, où 2K=3Kg-2ko.neavec K>0.According to an exemplary embodiment for which 3λ> 2Λ n e , the planar structure 4 includes a dielectric or semiconductor waveguide associated with a diffraction grating 5, ensuring total internal reflection for all the diffraction orders in ie medium transmitted with refractive index n ex , with the following condition satisfied K <ko (n e -3n ex ) / 2 so that this implies n e > 3 n ex , where 2K = 3K g -2ko.n e with K> 0.
Selon un autre exemple de réalisation pour lequel 3λ<2Ληβ, la structure planaire 4 comporte un guide d'onde diélectrique ou de semiconducteur associé à un réseau de diffraction 5, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K<ko(ne-3nex)/4 de sorte que cela implique ne>3 nex, où 2K=2kon£ - 3Kg avec K>0.According to another embodiment for which 3λ <2Λη β , the planar structure 4 comprises a dielectric or semiconductor waveguide associated with a diffraction grating 5, ensuring total internal reflection for all the diffraction orders in the transmitted medium refractive index n ex , with the following condition satisfied K <ko (n e -3nex) / 4 so that this implies n e > 3 n ex , where 2K = 2k o n £ - 3K g with K> 0 .
L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.The invention is not limited to the examples described and shown since various modifications can be made thereto without departing from its scope.
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| FR1752510A FR3064375B1 (en) | 2017-03-27 | 2017-03-27 | OPTICAL SENSOR DEVICE USING AN OPTICAL SURFACE WAVE COUPLED BY A DIFFRACTION NETWORK |
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| WO2022002991A1 (en) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | Ams International Ag | Imaging surface plasmon resonance apparatus |
| CN114818315A (en) * | 2022-04-23 | 2022-07-29 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Method and device for simulation analysis of planar optical system based on linked list processing |
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Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ICHIHASHI KOUKI ET AL: "Enhancement of the sensitivity of a diffraction-grating-based surface plasmon resonance sensor utilizing the first-and negative-second-order diffracted lights", OPTICAL REVIEW, SPRINGER VERLAG, TOKYO, JP, vol. 21, no. 5, 3 October 2014 (2014-10-03), pages 728 - 731, XP035402088, ISSN: 1340-6000, [retrieved on 20141003], DOI: 10.1007/S10043-014-0119-5 * |
| J. SAUVAGE-VINCENT ET AL: "Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders", OPTICS EXPRESS, vol. 22, no. 11, 27 May 2014 (2014-05-27), pages 13314, XP055423785, DOI: 10.1364/OE.22.013314 * |
| O. PARRIAUX: "Guided-mode triggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide", JOURNAL OF THE EUROPEAN OPTICAL SOCIETY: RAPID PUBLICATIONS, vol. 10, 16 August 2015 (2015-08-16), XP055423786, DOI: 10.2971/jeos.2015.15040 * |
| XIAO FENG ET AL: "Simultaneous Measurement of Refractive Index and Temperature Based on Surface Plasmon Resonance Sensors", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 32, no. 21, 1 November 2014 (2014-11-01), pages 3567 - 3571, XP011559325, ISSN: 0733-8724, [retrieved on 20140916], DOI: 10.1109/JLT.2014.2348999 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022002991A1 (en) * | 2020-06-30 | 2022-01-06 | Ams International Ag | Imaging surface plasmon resonance apparatus |
| CN114818315A (en) * | 2022-04-23 | 2022-07-29 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | Method and device for simulation analysis of planar optical system based on linked list processing |
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| FR3064375B1 (en) | 2020-01-03 |
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