Texte

B. Bureau , C. Boussard -Plédel, J. Troles, V Nazabal, JL Adam, J. Lucas

Innovative Optical Fiberfor Infrared Spectroscopies

CAPBIOTECH

27 juin 2012

IFREMER Brest

B. Bureau , C. Boussard -Plédel, J. Troles, V Nazabal, JL Adam, J. Lucas

Glasses and Ceramics, UMR-CNRS 6226 Sciences chimiq ues de Rennes,University of Rennes1, France

Texte

Chalcogenide glasses

Texte

� Large domaine de transparence de l’UV à l’infrarou ge

Capteur infrarouge

� Propriétés thermo-mécaniques permettant leur mise e n forme:Fibres optiques, guides planaires, lentilles, micro -sphères…

MicrosphereMicrosphere

� Vision nocturne�Sources lasers� Optique spatiale� endoscopie� capteur chimique

…..

� Applications potentielles

0

2

4

6

8

10

12

14

6H5/2

0.76 0.81

6F3/2

6F5/2

6F7/2

6F9/2

+ 6H7/2

6F11/2

+ 6H9/2

6H11/2

6H13/2

Ene

rgy

(10

3 cm

-1)

Wavelength (µm)

6H15/2

54.33.02.41.71.31.10.92

Dy3+ m-IR

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

-0,20-0,18

-0,16-0,14

-0,12-0,10

-0,08-0,06

-0,04-0,02

0,00

-0,15-0,10

-0,050,00

0,050,10

0,150,20

Z D

ata

X Dat

a

Y Data

Pathologic states

050

100150

200

0

50

100

1500

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Texte

TitreSpectroscopie par ondes evanescente : imagerie médicale

Amplificateur

Détecteurrefroidit

FTIR

Fibre optiqueÉchantillon

0,85

0,90

Traitement du signal

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

Ab

sorb

an

ce

4 6 8 10

Wavelength (micrometers)

⇒⇒⇒⇒ Fibres hydrophobes, bio-compatibles, têtes de mesur es miniaturisées

Texte

-0,1

0,0

0,1

0,2

-0,035

Z D

ata

Carte ACP

Imagerie médicale : travaux à venir

Un projet pluridisciplinaire : matériaux - ingénieri e - médecine - statistique

-0,3

-0,2

-0,060

-0,055

-0,050

-0,045

-0,040

-0,035

-0,15-0,10

-0,050,00

0,050,10 X

Dat

a

Y Data

CirrhosisControl

Premier pas vers un diagnostique médicale précoce

Fonds de maturation FEDER + région Bretagne ⇒⇒⇒⇒ Valider le potentiel par des études à grande échell e (INSERM et CHU de Rennes)

Concours émergence OSEO ⇒⇒⇒⇒ création de DIAFIR en juin 2011

ANR « émergence » 2010 ⇒⇒⇒⇒ projet collaboratif entre DIAFIR – INSERM – CHU – VetC

Texte

0,2

0,3

0,4

Viande hachée

flore endogènelistériasalmonelle staphylocoque doré

0,4

0,6

Fromage cru

0,4

0,6

Lait cru

Détermination de la présence de pathogènes

dans des produits alimentaires et identification du pathogène

Objectif :

Sécurité alimentaire

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

-0,3

-0,2

-0,1

0,0

0,1

0,20,3

0,4

-0,5-0,4

-0,3-0,2

-0,10,0

0,10,2

Z D

ata

X D

ata

Y Data

-0,4

-0,2

0,0

0,2

-0,20-0,18

-0,16-0,14

-0,12-0,10

-0,08-0,06

-0,04-0,02

0,00

-0,15-0,10

-0,050,00

0,050,10

0,150,20

Z D

ata

X Dat

a

Y Data

-0,4

-0,2

0,0

0,2

-0,20-0,18

-0,16-0,14

-0,12-0,10

-0,08-0,06

-0,04-0,02

0,00

-0,25-0,20

-0,15-0,10

-0,050,00

0,050,10

Z D

ata

X D

ata

Y Data

Souches pathogènes fournies par AES laboratoires ©

⇒⇒⇒⇒ Un vaste potentiel à explorer : micro-biologie, méd ecine, sécurité alimentaire, process industriel…

Texte

- séquestration géologique du CO 2 … une solution prometteuse pour abaisser la con centration des gaz à effet de serre.

- explorer le potentiel des techniques infrarouges p our détecter et quantifier les fuites de CO 2 , in situ et en temps réel.

ANR CO2: détection du CO 2 à 4.3 µm

Guide planaire à 2 bras :Par ondes évanescente

(microfluidique )

Par transmission entre fibres ultra-transparentes

4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5

0,65

0,70

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

1,05

Tra

nsm

ittan

ce

Longueur d'onde (µm)

100 % CO2

0 25 50 75 100 125 150 1750,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,130,13

0,500,52

0,13

dans le puits

dans le puits

en dehors du puits

en dehors du puits

en dehors du puits

Le signal détecté est proportionnel à la concentration en CO2

diode: (0V; 4V)FP: (2,8; 3,45)

sign

al d

iffér

entie

l

cycles (5s par cycle)

4000 4100 4200 4300 4400 4500 4600 47000,00

0,01

0,02

0,03

0,04

bande réferencebande mesure

fluorescence du Dy 3+ pour differentes concentrations en CO2

longueur d'onde (nm)

Inte

nsité

de

fluor

esce

nce

Fibre dopée par des ions Terres Rares(Dy 3+, Er3+, Pr3+) émettant autour de 4,3 µm.

� Capteur utilisable à des profondeurs de plusieurs k ilomètres.� La limite de détection a été déterminée à 500 ppm

Les fibres microstructurées:à la frontière entre FEWS et

transmission

Texte

Objectif :

détecter des signes de vie sur des planètes hors de notre système solaire

Projet Darwin : détection du CO 2 à 15µm

Flotille de téléscopes spatiaux Signatures infrarou ges des molécules cibles : H 2O, O3, CO2

Texte

Projet Darwin : détection du CO 2 à 15µm

Sans annulation Avec annulation

� Principe: interféromètrie pour supprimer le signal des étoiles

� élément clé: guide/fibre monomode

�detection du CO 2 à 15µm: meilleur contraste planète/étoile

Texte

� Detection @ 6.3 and 9 µm: Te20As30Se50 single mode fiber

789

101112131415

Atte

nuat

ion

(dB

/m)

NA = 0.2λc = 5.86 µm

Projet Darwin : état de l’art

� Detection @ 15 µm Verres à base de tellure

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1201234567

Atte

nuat

ion

(dB

/m)

Wavelength (µm)

H2O O3

ncore = 2.9215nclad = 2.9144

Texte

Glassy matrix + -TAS

(Te20As 30Se50)excellent resistance to

devitrificationIR cut-off = 12 µm

TGG(Te75Ga10Ge15)

2 to 25 µm on bulk low stability ( ∆∆∆∆T* = 113°C)

TGI(Te73Ge20I7)

2 to 20 µm on bulk potential volatile species

Te76Ge21Se3

Projet Darwin : perspectives

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

réf./

I exp

.))

normal atmosphere CO

2 (low flux)

• Fenêtre de 2 à 18 µm

• Stabilité (∆T)max. = 123 °C

13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,00,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

Abs

orba

nce (

Log 1

0(I r

éf.

Wavelength (µm)

Mise en évidence de la faisabilité à partir d’un ve rre « compromis »

⇒⇒⇒⇒ La fibre monomode en verre de tellure reste à faire …. Et le « bon » verre reste à trouver

Texte

� At the telecom wavelength 1,55 µm

� At 9,3 µm (5 dB/m)� In infrared

� As-Se, Small, 3 rings, Aeff = 3 µm2

~ 4,5 dB/m

� As-Se, suspended small core, Aeff = 4 µm2

~ 0,8 dB/m

Single mode Photonic Crystal Fiber, some achievements

� A 3,39 µm ( ~ 0.4 dB/m)

� At 9,3 µm (5 dB/m)� In infrared

� Te-As-Se (TAS), "endlessly "single mode fiber d/Λ=0,36, Core diameter 25 µm

Texte

� At the telecom wavelength 1,55 µm

� At 9,3 µm (5 dB/m)� In infrared

� As-Se, Small, 3 rings, Aeff = 3 µm2

~ 4,5 dB/m

� As-Se, suspended small core, Aeff = 4 µm2

~ 0,8 dB/m

Single mode Photonic Crystal Fiber, some achievements

� A 3,39 µm ( ~ 0.4 dB/m)

� At 9,3 µm (5 dB/m)� In infrared

� Te-As-Se (TAS), "endlessly "single mode fiber d/Λ=0,36, Core diameter 25 µm

TexteUntapered

fiber

Tapered fiber

Reference

Gas detection, preliminary results

Sensitivity to CO 2 increases when using a tapered PCF

The filling of the holes with gas in longitudinal way is not a satisfying way

The filling in transversal way would be much more convenient

Opened suspended core Fiber

CCD capture at 1,55µm

Guided energy

Leaky energy

under development

Texte

Résonance Plasmonique de Surface (SPR)

en interrogation angulaire R=f(q) et spectrale

Polariseur 180 °

Lampe WH

Monochromateur

Miroir

Prisme

normale

Interface prisme-or

Contamination des coquillages côtierspar des algues toxiques

Caméra CCDPolariseur

Platine tournante

+ fonctionnalisation de surface ⇒⇒⇒⇒ détection sélective des algues polluant les coquill ages côtiers

Thèse en cours sur le SEIRA (spectroscopie IR ampli fié)

thèse de Frédéric Verger soutenue le 19 juin 2012,

Dépôt d’une ANR 2012 : V &&&&C, IFREMER, UTT, Institut Fresnel …

… projet ambitieux sur les interactions lumière/mati ère aux interfaces verre/métal/molécule

Texte

Karine Le Pierrès

Cheng Lun, Wim Gielesen

Jean Louis Doualan

Joao Pereira

Nathalie Thybaud

Laurent Brilland

Partenariat

Olivier Loréal

Pierre BrissotCaroline Le LanJean François Bretagne…

Laurent BrillandDenis Tregoat

Olivier SireValérie Monbet

Hervé Lhermite

Florent ColasChantal CompèreEmmanuel RinertKada Boukerma

Lionel Ketel