rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Filtres optiques interférentiels nanostructurés
Chercheurs : Ludvik Martinu, Jolanta E. Klemberg-Sapieha et Subhash Gujrathi
Collaborateurs : C. Carignan (U. Montreal); O. Zabeida (Polytechnique)
Étudiants et stagiaires postdoctoraux : A. Amassian, S. Larouche, B. Baloukas, M.-M. De Denus-Baillargeon, R. Vernhes, H. Szymanowski,
M. Dudek et O. Hernandez
Contact : Ludvik Martinu; lmartinu@polymtl.ca; www.polymtl.ca/larfis
L’objectif de ce projet est de développer des filtres optiques complexes innovateurs à base
d’architectures multicouches et à gradient. Nous développons et combinons de nouvelles techniques
de design, de fabrication, de contrôle de procédé et de monitorage, des techniques d’ingénierie
inverse et des nouveaux matériaux, dans le but d’obtenir des filtres dont les caractéristiques spectrales
spécifiques, la performance mécanique et la stabilité environnementale sont optimisées. Parmi les
résultats principaux, on note le développement d’un logiciel source ouverte de design de filtres
optiques, la création de dispositifs interférentiels pour la sécurité, les capteurs et l’astronomie et le
dépôt de filtres sur des substrats de polymère.
Les applications des filtres optiques interférentiels (FOI)
complexes sont de plus en plus nombreuses dans plusieurs
secteurs, comme l’optique, l’optoélectronique, les télécommunications,
l’instrumentation de haute précision utilisée en
astronomie, la sécurité, la conversion d’énergie, les écrans, etc.
Cette industrie, évaluée mondialement à entre 4 et 5 milliards
de dollars US par année, est en constante évolution grâce à la
mise au point de procédés innovateurs et de nouvelles techniques
de fabrication. Chaque nouveau procédé apporte son lot
de défis et d’opportunités, mais améliore continuellement les
performances et le contrôle optique et mécanique ainsi que la
stabilité à long terme des dispositifs.
Notre Laboratoire des revêtements fonctionnels et d’ingénierie
des surfaces (LaRFIS) consacre son attention aux secteurs
suivants :
a) Conception de nouveaux filtres optiques utilisant des techniques
de design innovatrices appliquées aux filtres à gradient
et inhomogènes [1]. Le peu de solutions commerciales disponibles
nous a motivés à créer notre propre programme de design
de structures inhomogènes. Il va sans dire que ce programme
possède également la plupart des fonctions comprises dans
les autres logiciels. Un exemple d’application est le design de
filtres à bande étroite, tels qu’utilisés en astronomie, et qui sont
présentement testés sur des télescopes.
b) Dispositifs pour combattre la contrefaçon. Les pertes
annuelles occasionnées à travers le monde par la contrefaçon
sont évaluées à 600 milliards de dollars US. Stimulés par
cette situation alarmante, nous avons récemment proposé
et démontré l’utilisation d’un dispositif de sécurité anticontrefaçon
basé sur le métamérisme qui permet la création
d’une image cachée [2]. Le métamérisme se définit comme
étant la propriété de deux objets possédant des spectres en
réflexion/transmission différents, mais qui présentent la même
couleur sous une source d’illumination spécifique. Il est alors
possible de créer une image cachée en juxtaposant un matériau
coloré simple (encre, peinture, etc.) et un FOI de la même
couleur à incidence normale, sur le même substrat. Lorsque
le substrat est incliné, la région recouverte du FOI change de
couleur, alors que celle recouverte du matériau simple reste
inchangée (figure).
Exemple d’un dispositif métamérique à base de FOI.
c) FOI à base de couches poreuses et denses. Le dépôt
en vapeur chimique assisté par plasma permet de contrôler
simultanément l’énergie et le flux des particules déposées et,
par conséquent, la porosité des couches ainsi que la taille
et distribution de taille des pores. Cette approche nous a
permis de développer une méthode originale de fabrication
de couches de Si 3N 4 nano-poreuses possédant une grande
surface interne [3]. Cette caractéristique fait en sorte que ces
couches sont des candidates idéales pour être incorporées
dans des capteurs (bio)chimiques tout-optiques. Nous avons
ainsi procédé à l’implémentation de couches avec différentes
porosités dans des senseurs.
Nous sommes également en train d’élargir ce projet en incluant
des FOI contenant des matériaux actifs et des polymères.
Références
[1] “Microstructure of Plasma-Deposited SiO 2 / TiO 2 Optical Films”, S. Larouche,
H. Szymanowski, J.E. Klemberg-Sapieha, L. Martinu et S. Gujrathi,
J. Vac. Sci. Technol. A 22, 1200 (2004).
[2] “Use of Metameric Filters for Future Interference Security Images Structures”,
B. Baloukas, S. Larouche et L. Martinu,
Proc. Conf. on Optical Security and Counterfeit Deterrence Techniques VI,
vol. 6075, R. L. van Renesse, ed., SPIE, San Jose, CA, 2006, p. 381.
[3] “Single Material Inhomogeneous Optical Filters Based on Microstructural
Gradients in Plasma Deposited Silicon Nitride”, R. Vernhes, O. Zabeida,
J.E. Klemberg-Sapieha et L. Martinu,
Applied Optics 43, 97 (2004).
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