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Capteur à fibre optique à gradient d'indice inversé basé sur la résonance plasmon de surface : applications à la détection d'espèces chimiques

Authors
Publisher
Université Jean Monnet - Saint-Etienne
Publication Date
Keywords
  • [Phys:Phys:Phys_Bio-Ph] Physics/Physics/Biological Physics
  • [Phys:Phys:Phys_Bio-Ph] Physique/Physique/Biophysique
  • [Phys:Phys:Phys_Data-An] Physics/Physics/Data Analysis
  • Statistics And Probability
  • [Phys:Phys:Phys_Data-An] Physique/Physique/Analyse De Données
  • Statistiques Et Probabilités
  • Capteur Optique
  • Plasmon De Surface
  • Fibre Optique à Gradient D'Indice Inversé
  • Capteur Chimique
  • Optical Sensor
  • Surface Plasmon Resonance
  • Inverted Graded Index Fibre
  • Chemical Detection
Disciplines
  • Chemistry

Abstract

Ce mémoire présente l'étude d'un capteur chimique à fibre optique à gradient d'indice inversé basé sur la résonance de plasmons de surface. Des dispositifs optiques à prisme ou mettant en jeu des fibres optiques classiques en silice utilisant cette technique de mesure sont déjà commercialisés. L'objectif de notre travail a été de caractériser théoriquement et expérimentalement un nouveau type de fibre optique permettant d'accroître les performances de ce capteur et d'en simplifier l'instrumentation. Un état de l'art des capteurs à plasmons de surface est présenté. Les structures basées sur une fibre optique (unimodale, multimodale) font l'objet d'une présentation détaillée mettant en évidence les caractéristiques des montages employés ainsi que leurs performances respectives. Nous avons cherché à déterminer le profil d'indice de réfraction du cœur de la fibre rendant les angles d'incidence à l'interface cœur-gaine quasiment égaux quels que soient les rayons se propageant dans la fibre. Ceci a été réalisé en utilisant une source lumineuse ponctuelle monochromatique positionnée dans l'axe et à une distance définie de l'entrée de la fibre. Le profil idéal présente un gradient d'indice inversé très proche d'un profil parabolique inversé pour lequel l'indice est minimal au centre du cœur de la fibre. Une description des caractéristiques de cette fibre comprenant l'étude de la propagation des rayons a été réalisée. Le phénomène de plasmon de surface est ensuite décrit, de manière générale puis ses conditions d'excitation dans la fibre employée sont étudiées. Une étude expérimentale et théorique a été menée sur les paramètres les plus influents du capteur (nature et épaisseur du métal, position de la source ...). La présentation de deux applications pratiques (détection de traces de toluène dans un milieu aqueux et étude en temps réel du mécanisme de formation d'une monocouche auto-assemblée) montre les champs d'applications du dispositif optique simple développé.

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