Microsystèmes optomécaniques à base d'InP pour l'analyse de gaz

Abstract

Ce travail de thèse porte sur la conception, la modélisation et la réalisation d'un capteur optique pour la détermination de la concentration des gaz hydrocarbures (méthane, butane, benzène ) en analysant les raies d'absorption dans le proche infrarouge (autour 1.66 micromètre). Ce dispositif est formé à partir de micro-cavités opto-mécaniques dans les matériaux de la filière InP. Ce capteur est composé par un filtre Fabry-Pérot à cavité accordable qui, une fois actuée électro-statiquement, permet de sélectionner les différentes parties du spectre d'absorption optique d'un mélange de gaz naturel à étudier, permettant ainsi l'identification de sa composition. Les intérêts d'un capteur optique fonctionnant avec ce principe sont à la reproductibilité des mesures (le filtre accordable permet d'utiliser une seule source lumineuse et un seul détecteur), la rapidité (temps de réponse inférieur au seconde), la sélectivité (environ 10nm est la largeur de la bande passante de notre filtre) et le large intervalle spectrale d'analyse (environ 200 nm). Dans ce travail de thèse nous avons réalisé la modélisation opto-mécanique de filtres, photo-détecteurs avec une approche originale qui peremt de prévoir les performances du dispositif avec une grande précision. Enfin nous présentons des résultats préliminaires obtenus sur une première génération de filtres accordables.In this PhD thesis we talk about the optical-mechanical design and the realization of an optical sensor for hydrocarbon gas concentration measurement (methane, butane, benzene ) performing line-shape absorption analysis around the 1.665 micrometer spectral region. This device is composed by an InP based opto-mechanical micro-cavity. The cavity is a part of Fabry-Pérot filter which can be turned changing electrostatically the starting thickness of the cavity. In this way we can select the different parts of the absorption line shape of a natural gas mixture and so carry out its composition. The advantages of this kind of device are the measures reproducibility, the fast response (the time response can be less than 1 second), the selectivity (around 10 nanometers) and the possibility of performing a large spectral analysis (around 200 nanometers). In this work we have realized the opto-mechanical design of tunable Fabry-Pérot filters and a tunable resonant photo-detectors with an original approach to the mechanical model which permites to obtain the device performances with a good precision. Finally we shall present some preliminary results obtained on a first generation of tunable filters.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF