Le micro-soufflage de verre pour réaliser des composants optiques miniatures
La méthode mise au point à l'institut FEMTO-ST permet de fabriquer collectivement des centaines de microlentilles coniques capables de générer des faisceaux lumineux non diffractants. Ces résultats ouvrent la voie à des applications, notamment dans l'imagerie biomédicale. Ils ont été publiés et mis en avant dans la revue Optics Letters.
Le soufflage de verre est une technique connue depuis l'Antiquité. L'artisan souffle de l'air dans le verre chauffé, qui se déforme jusqu'à l'obtention de la forme voulue. Des chercheurs de l'institut FEMTO-ST (CNRS/Université Bourgogne Franche-Comté) viennent de montrer que l'on pouvait appliquer le même principe à une échelle microscopique, pour réaliser collectivement des centaines de lentilles de verre. A l'aide de techniques de microfabrication, dans la salle blanche du réseau Renatech de FEMTO-ST, les chercheurs commencent par créer des microcavités dans un substrat de silicium. Ces cavités sont ensuite scellées par une plaque de verre, piégeant ainsi le gaz qu'elles contiennent.
Lorsque l'ensemble est chauffé, la viscosité du verre diminue, la pression du gaz augmente dans les cavités, et les bulles qui se forment repoussent le verre pour donner un profil sur la face opposée du substrat de verre, profil dépendant de la position, du nombre et de la taille de ces bulles. Après polissage, afin d'éliminer les bulles ayant servi à générer le profil, les chercheurs ont obtenu des centaines de microlentilles coniques, qui ont la spécificité de produire un faisceau lumineux non diffractant (une «aiguille de lumière»). Ce type de composant permettrait d'améliorer les performances de techniques d'imagerie biomédicale, et pourrait aussi trouver des applications dans l'usinage.
Pour réaliser ces lentilles miniatures de profil conique (avec des diamètres à la base du cône de 0,9 et 1,8 mm), les chercheurs n'ont utilisé que des techniques standards de microfabrication (photolithographie, gravure ionique1 ). Mais la mise au point du procédé a demandé un réglage fin de la taille des cavités créées dans le substrat de silicium, et surtout le contrôle précis des conditions thermiques lors du chauffage du dispositif, afin de garantir l'homogénéité du résultat sur l'ensemble du substrat de verre, et la répétabilité du procédé de fabrication.
L'objectif des chercheurs, à terme, est d'intégrer ces micro lentilles dans des microsystèmes, notamment pour créer des dispositifs d'imagerie biomédicale miniaturisés et à bas coût. Par ailleurs, le même procédé de fabrication collective pourrait être utilisé pour obtenir d'autres formes de lentilles ou des composants optiques plus complexes.
Wafer d'axicons miniatures générés par micro soufflage de verre.
Références :
Microfabrication of axicons by glass blowing at a wafer-level,
J. V. Carrión, J. Albero, M. Baranski, C. Gorecki, N. Passilly
Optics Letters, 44, 13, 3282-3285 (2019)
DOI: 10.1364/OL.44.003282
- 1Deep reactive ion etching (DRIE)