Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales (UPR 8011)


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Un réseau de microlentilles en cristal liquide sélectives en longueur d’onde

Publié dans Lab-on-a-Chip

par Evelyne Prevots - publié le , mis à jour le

Des physiciens du CEMES ont élaboré des microlentilles autoassemblées à partir d’un film mince de cristal liquide. La sélectivité en longueur d’onde de ces lentilles repose sur l’organisation spatiale du cristal liquide et peut être facilement ajustée lors d’une phase de recuit.

L’un des défis de l’optique intégrée et de la micro-optique est la réalisation de microlentiles, et plus particulièrement de réseaux de microlentilles permettant une parallélisation du traitement de la lumière pour les interconnexions, les systèmes photovoltaïques ou encore la projection d’images. Les méthodes utilisées actuellement reposent essentiellement sur l’utilisation de la lithographie, pour tout ou partie du processus, et impliquent la succession de nombreuses étapes. Des physiciens du Centre d’Élaboration de Matériaux et d’Études Structurales – CEMES (CNRS) viennent de développer une nouvelle approche de synthèse par voie physique reposant sur l’auto-organisation d’un film mince de cristal liquide. Cette méthode, qui nécessite deux étapes, permet de produire un réseau de microlentilles jointives sélectives en longueur d’onde. Cette méthode a en outre l’avantage de se prêter à tous les types de support, plans ou courbes, rigides ou souples. Ce travail est publié dans la revue Lab-on-a-Chip.

 

Pour réaliser ce réseau, les physiciens commencent par réaliser un film plan de cristal liquide épais de 13 micromètres entre deux surfaces planes. Les molécules de ce cristal liquide s’organisent alors en une hélice dont l’axe est perpendiculaire aux plans du film. Dans une seconde étape, après avoir refroidi le système et ôté la plaque supérieure, les chercheurs effectuent un recuit de la couche de cristal liquide. Sous l’effet de la tension de surface et de l’ancrage moléculaire, la surface de ce film, redevenu visqueux, forme spontanément des cellules en forme de dôme de largeur comprise entre 5 et 10 micromètres et épais de quelques nanomètres. L’axe des hélices de cristal liquide s’incline alors progressivement dans l’épaisseur du film. Cette réorientation affecte progressivement une profondeur du film d’autant plus importante que la durée du recuit est importante. Une fois les caractéristiques voulues obtenues, la structure est durcie par trempe thermique ou polymérisation aux UV. Elle est alors opérationnelle à température ambiante. Les propriétés optiques de ce film sont dues aux variations spatiales de l’orientation de l’axe de l’hélice du cristal liquide et sont donc directement reliées à la géométrie des dômes. Le résultat est une focalisation de la lumière qui dépend de la longueur d’onde, avec une tache focale en forme de spot, de tache ou d’anneau selon la longueur d’onde. Au final, les lentilles sont continûment connectées, ce qui minimise les risques de diffraction de la lumière d’une lentille à l’autre et optimise le remplissage sur le support. Le réseau est monocomposant et léger. Il est pelliculable ou façonnable sur différentes surfaces — planes, courbes, solides ou flexibles.

 

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Contact

michel.mitov chez cemes.fr

 

Références

Wavelength-tunable light shaping with cholesteric liquid crystal microlenses
C. Bayon, G. Agez et M. Mitov, Lab-on-a-Chip 14, 2063-2071 (2014)