Capteurs de champ électrique à base de cristaux photoniques électro-optiques – ESENCYAL

Le but du projet est de développer des capteurs de champ électrique extrêmement sensibles à réponse plate dans une gamme de fréquence très large conçues à base dispositifs électro-optiques à cristaux photoniques fabriqués sur des membranes suspendues de taille micrométrique en niobate de lithium. Nous visons aux capteurs de champ électrique nano-optiques qui auront un total de 10 dB des pertes optiques, sensibilités de microV/m, une zone active de 10x10 microns2, et une bande passante de fréquence importante [DC,GHz].
La détection sera purement optique ce qui implique les avantages suivants:
• Le capteur permet d'améliorer l'exactitude de la mesure avec une réduction de la sensibilité au bruit électrique, car le capteur est constitué d'un matériau diélectrique.
• Le capteur fournit une mesure non perturbatrice de champ électrique par rapport aux antennes.
• Le capteur peut être placé dans des zones hostiles ou à distance parce que les fibres optiques sont capables de transmettre des signaux avec une grande fidélité dans les environnements bruyants et sur de longues distances.
• Le capteur est isolé électriquement, offrant ainsi la sécurité pour l’opérateur.
• Le capteur est très petit et il peut être utilisé là où l'espace est une contrainte.
Parce que le capteur de champ électrique est un dispositif entièrement optique et diélectrique, il offre un minimum de perturbation pour le champ électrique à mesurer, et ouvre la voie à des mesures en champ proche. Il fonctionne aussi sans batterie, les mesures peuvent être effectuées sur une longue période. Sa partie sensible ne contient pas des cables ou circuits électroniques, de sorte qu'il peut être facilement miniaturisé.
Le dispositif optique sera un cristal photonique qui apporte les avantages suivants par rapport aux dispositifs électro-optiques classiques déjà rapportées dans la littérature:
- De petite taille, ce qui est très utile pour des applications telles que dans l'EEG, l’ECG, l’IRM fonctionnel, car on peut imaginer des centaines d'électrodes (par 'exemple intégré dans un bonnet pour EEG).
- Dans les cristaux photoniques de niobate de lithium, l’effet électro-optique peut être amélioré grâce au ralentissement de la lumière ; une sensibilité des microV/m peut être prévue, ce qui est 1000 fois plus élevé que dans l'état de l'art de capteurs électro-optiques à base de configurations Mach-Zehnder.
La principale caractéristique du projet est de pouvoir parvenir à des performances sans précédent sur les sensibilités du champ électrique jamais obtenues avant. Ceci est possible grâce au fait que le détecteur optique est un cristal photonique actif dans lequel interaction lumière-matière peut être considérablement améliorée. Dans ESENCYAL, le détecteur va être un cristal photonique fabriqué en niobate de lithium. Ces nano-dispositifs en niobate de lithium auront la propriété unique d'exalter l'effet électro-optique par rapport aux dispositifs classiques en niobate de lithium. En effet, les cristaux photoniques (PhC) sont des arrangements périodiques de milieux diélectriques qui présentent une structure de bande photonique qui est analogue à la structure de bande électronique dans les solides cristallins [JJ08]. En raison de leur potentiel d'offrir un contrôle sans précédent sur le flux de lumière dans des structures extrêmement petites, les PhCs ont été considérées comme ayant un impact révolutionnaire sur la photonique comme le transistor planaire fait dans l'électronique. En particulier, l'existence éventuelle d'une bande interdite photonique-une gamme de longueurs d'onde optiques qui ne peuvent pas se propager dans la structure à moins que les défauts de ligne ou un point soient incorporés- offre des possibilités d’ingénierie analogue aux jonctions semi-conductrices ou des hétérostructures.