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ENS Cachan - Laboratoire de photonique quantique et moléculaire

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Recherche - Valorisation

Structures photoniques à base de matériaux polymères et applications

Equipe Composants et Technologie pour la photonique

La réalisation de « cristaux photoniques » est un champ de recherche très actif, pour obtenir de nouvelles fonctionnalités en optique. Nous avons mis en place une méthode de fabrication qui permet de produire de façon contrôlée des structures de cristaux photoniques de grande taille au sein d'un matériau polymère.

Nous utilisons pour cela l'éclairement de l'échantillon par une figure d'interférence entre deux faisceaux laser, avec des expositions multiple. Ce qui permettra d'imprimer dans le film polymère des structures périodiques et quasi-périodiques à deux et à trois dimensions. L'avantage de cette technique de fabrication est rapide et à faible coût. En particulier, elle permettrait d'étudier les cristaux photoniques de types quasi-périodiques à base de matériau polymère, qui donnent plus facilement une bande interdite photonique par rapport à des structures classiques. De plus, en utilisant des polymères ayant des propriétés optiques non-linéaires, nous proposons également de fabriquer des structures de non-linéarité Chi(2), donc les cristaux photoniques non-linéaires, qui sont à l'origine de plusieurs applications.

Ces structures en polymère peuvent également être transférées vers d'autres matériaux (métallique et magnétique), qui permettront  d'exploiter d'autres phénomènes de physique comme effet plasmonique, effet magnéto-optique, etc. qui sont à l'origine de plusieurs applications.

Interférence de  deux faisceaux lasers

Figure 1 : (a) Principe de la technique de fabrication utilisant l'interférence de deux faisceaux laser avec plusieurs expositions. En fonction de l'angle théta entre les deux faisceaux, il est possible de générer différents types de structures périodiques (b, c) et quasi-périodiques (d, e).

 

Références:

  1. Tamara Pogosian and Ngoc Diep Lai, Theoretical investigation of three-dimensional quasi-phase-matching photonic structures, Phys. Rev. A 94, 063821 (2016).
  2. Minh Thanh Do, Quang Cong Tong, Mai Hoang Luong, Alexander Lidiak, Isabelle Ledoux-Rak, and Ngoc Diep Lai, Fabrication and Characterization of Large-Area Unpatterned and Patterned Plasmonic Gold Nanostructures, Journal of Electronic Materials 45, 2347-2353 (2016).
  3.  Minh Thanh Do, Quang Cong Tong, Alexander Lidiak, Mai Hoang Luong, Isabelle Ledoux-Rak, and Ngoc Diep Lai, Nano-patterning of gold thin film by thermal annealing combined with laser interference techniques, Appl. Phys. A 122, 360 (2016).
  4. Mai Hoang Luong, Thi Thanh Ngan Nguyen, Chi Thanh Nguyen, Isabelle Ledoux-Rak, and Ngoc Diep Lai, Study of all-polymer-based waveguide resonant gratings and their applications for optimization of second-harmonic generation, J. Phys. D: Appl. Phys. 48, 365302 (2015).
  5. Thi Thanh Ngan Nguyen, Quang Liem Nguyen, Joseph Zyss, Isabelle Ledoux-Rak, and Ngoc Diep Lai, Optimization of thickness and uniformity of photonic structures fabricated by interference lithography, Appl. Phys. A - Materials Science & Processing 111, 297-302 (2013).
  6. X. Wu, T. T. N. Nguyen, I. Ledoux-Rak, C. T. Nguyen, and Ngoc Diep Lai, Optically formation of one- and two-dimensional holographic surface relief grating, Chapter 7, "Holography - Basic principles and Contemporary applications",  INTECH book, 147-170 (2013).
  7. Xiao Wu, Thi Thanh Ngan Nguyen, Deyan Sun, Isabelle Ledoux-Rak, Chi Thanh Nguyen, and Ngoc Diep Lai, Incoherent UV/VIS lasers assisted surface relief grating formation, Advanced Materials Research 560-561, 456-461 (2012).
  8. Xiao Wu, Thi Thanh Ngan Nguyen, Isabelle Ledoux-Rak, Chi Thanh Nguyen, and Ngoc Diep Lai, UV beam-assisted efficient formation of surface relief grating on azobenzene polymers, Appl. Phys. B - Laser and Optics 107, 819-822 (2012).
  9. Ngoc Diep Lai, J. H. Lin, D. B. Do, W. P. Liang, Y. D. Huang, T. S. Zheng, Y. Y. Huang, and C. C. Hsu, Fabrication of two- and three-dimensional photonic crystals and photonic quasi-crystals by interference technique, Book chapter, Holography, Research and Technologies, INTECH, p. 253-278 (2011).
  10. D. B. Do, J. H. Lin, Ngoc Diep Lai, H. C. Kan, and C. C. Hsu, Fabrication of three-dimensional polymer quadratic nonlinear grating structures by layer-by-layer direct laser writing technique, Appl. Opt. 50, 4664-4670 (2011).
  11. D. B. Do, Ngoc Diep Lai, C. Y. Wu, J. H. Lin, and C. C. Hsu, Fabrication of ellipticity-controlled microlens arrays by controlling parameters of multiple-exposure two-beam interference technique, Appl. Opt. 50, 579-585 (2011).
  12. Ngoc Diep Lai, T. S. Zheng, D. B. Do, J. H. Lin, and C. C. Hsu, Fabrication of desired three-dimensional structures by holographic assembly technique, Appl. Phys. A 100, 171-175 (2010).
  13. C. Y. Wu, T. H. Chiang, Ngoc Diep Lai, D. B. Do, and C. C. Hsu, Fabrication of SU-8 microlens arrays by multi-exposure two-beam interference technique, Appl. Opt. 48, 2473-2479 (2009).
  14. Ngoc Diep Lai, Y. D. Huang, D. B. Do, J. H. Lin, and C. C. Hsu, Fabrication of periodic nanovein structures by holography lithography technique, Opt. Express 17, 3362-3369 (2009).


Membres impliqués

Ngoc Diep Lai (MdC, HDR)
Mao Fei (doctorant)
Pogosian Tamara (doctorante)
Nguyen Thi Thanh Ngan (doctorante)
Wu Xiao (doctorante)
Do Minh Thanh (M2)
Luong Mai Hoang (M2)
Mai Nguyen Phuong Thao (L3)



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