UN PROTOTYPE DE MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE (SNOM) FONCTIONNANT EN REFLEXION A ETE MIS EN UVRE. L'ECLAIRAGE ET LA FRUSTRATION DU CHAMP PROCHE S'EFFECTUE AU MOYEN D'UNE MEME SONDE DIELECTRIQUE (NANO-ANTENNE). CETTE SONDE EST OBTENUE SOIT PAR ETIRAGE D'UNE FIBRE OPTIQUE, ECHAUFFEE LOCALEMENT AU MOYEN D'UN FAISCEAU LASER, SOIT PAR ATTAQUE CHIMIQUE. LE BALAYAGE S'EFFECTUE SOIT A ALTITUDE CONSTANTE PAR RAPPORT AU PLAN MOYEN DE LA SURFACE DE L'ECHANTILLON, SOIT A DISTANCE SONDE-ECHANTILLON CONSTANTE. DANS CE DERNIER CAS, LE SUIVI TOPOGRAPHIQUE EST ASSURE PAR UN SYSTEME DE MICROSCOPIE A FORCES DE CISAILLEMENT COMBINE AU SNOM. LES IMAGES OPTIQUES PRESENTENT UNE RESOLUTION LATERALE DE L'ORDRE DE 200 NANOMETRES EN ROUTINE (SOIT UN QUART DE LA LONGUEUR D'ONDE DU FAISCEAU D'ECLAIRAGE), AVEC LA PRESENCE DE DETAILS DE DIMENSION 70 A 100 NM DE LARGE. APRES LA PHASE DE DEVELOPPEMENT, UNE SERIE D'APPLICATIONS ONT ETE REALISEES, GRACE A DES COLLABORATIONS BILATERALES. NOTONS EN PARTICULIER LA VISUALISATION D'IMAGES LATENTES SUR POLYMERES INSOLES, AINSI QUE LA CARACTERISATION D'UNE INTERFACE METAL-SEMICONDUCTEUR (MESURE DE VARIATIONS LOCALES DE LA BARRIERE SCHOTTKY). CES APPLICATIONS ONT PERMIS DE PROUVER L'AVANTAGE QUE CONFERE LE MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE VIS-A-VIS DES AUTRES MICROSCOPES A SONDE LOCALE, EN CE SENS QU'IL EST SENSIBLE AUX PROPRIETES OPTIQUES DES MATERIAUX (VARIATIONS D'INDICE OPTIQUE, SPECTROSCOPIE OPTIQUE,)

Dans le cadre d'utilisation des fibres optiques dans les réseaux FTTH (Fiber To The Home) et FTTB (Fiber To The Building), celles-ci subissent des contraintes et un environnement plus sévères que les fibres placées dans les réseaux actuels, c'est à dire les réseaux sous-marins et les réseaux enterrés. La fibre optique subit au cours du temps une modification de ses propriétés mécaniques, dûe à la diffusion d'eau à travers le revêtement polymère qui protège la fibre. Cette présence d'eau à l'interface silice-revêtement entraîne une modification de l'état de surface de la fibre optique. A cet effet dans ce travail de thèse nous avons développé un dispositif expérimental permettant l'étude à l'échelle nanométrique de la surface de silice des fibres optiques. Il s'agit d'un microscope de champ proche optique avec une régulation de type " shear force ". Cette technique fournit une information double, une information topographique et une information de nature optique. Dans un premier temps, nous présentons les notions concernant les propriétés mécaniques des fibres et les techniques de caractérisation s habituelles dans le domaine de la fiabilité. Ensuite, le dispositif de champ proche optique mis au point est détaillé, en particulier la partie concernant la boucle de rétroaction utilisant la force de cisaillement...

L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE D'ETUDIER ET DE DEVELOPPER UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE MICROSCOPIE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE (SNOM) AYANT LA PARTICULARITE D'UTILISER UNE POINTE METALLIQUE SANS OUVERTURE A LA PLACE DE NANO-OUVERTURES CLASSIQUEMENT UTILISEES. APRES AVOIR DECRIT LES PRINCIPALES CONFIGURATIONS SNOM EXISTANTES, NOUS PRESENTONS LE PRINCIPE PROPOSE ET DECRIVONS LE MONTAGE EXPERIMENTAL REALISE POUR LE CONCRETISER. LE MICROSCOPE DEVELOPPE TRAVAILLE EN REFLEXION, IL EST COUPLE A UN MICROSCOPE A FORCE ATOMIQUE (AFM), UTILISANT LA MEME POINTE, FONCTIONNANT EN MODE TAPPING. UNE FOIS LE MICROSCOPE EN CHAMP PROCHE REALISE NOUS AVONS ETUDIE LES INTERACTIONS ENTRE LA POINTE ET LA SURFACE DE L'ECHANTILLON ET EN AVONS DEDUIT LES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES. DE NOMBREUSES IMAGES DANS LE VISIBLE (LONGUEUR D'ONDE = 0.67 MICRON) D'ECHANTILLONS DETERMINISTES (RESEAUX, LIGNES, MARCHES) ONT REVELE DANS UN PREMIER TEMPS UNE RESOLUTION OPTIQUE MEILLEURE QUE 100 NM A L'AIDE DE POINTES COMMERCIALES EN TUNGSTENE. PAR LA SUITE, L'UTILISATION DE POINTES EN TUNGSTENE QUE NOUS FABRIQUONS PAR ELECTROCHIMIE NOUS A PERMIS D'ATTEINDRE UNE RESOLUTION MEILLEURE QUE 15 NM (LONGUEUR D'ONDE SUR 45). DE PLUS, UNE INDEPENDANCE INDENIABLE ENTRE LES SIGNAUX SNOM ET AFM A ETE MIS EN EVIDENCE. L'UTILISATION DU MICROSCOPE DANS L'INFRAROUGE MOYEN (LONGUEUR D'ONDE = 10.6 MICRONS) A CONFIRME L'INTERET DE CETTE NOUVELLE APPROCHE PUISQUE NOUS AVONS ATTEINT UNE RESOLUTION D'ENVIRON LONGUEUR D'ONDE SUR 600 DANS CE DOMAINE SPECTRALE

LA COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES QUI REGISSENT LA FORMATION DES IMAGES SNOM EST L'IDEE DIRECTRICE DE CE MANUSCRIT. NOUS ABORDONS CE PROBLEME DANS LE CAS PARTICULIER D'UN MICROSCOPE SNOM UTILISANT UNE SONDE DIFFUSANTE EN TUNGSTENE TRAVAILLANT DANS LE MODE AFM CONTACT-INTERMITTENT. NOUS DECRIVONS D'ABORD LES POTENTIALITES DU MICROSCOPE QUE NOUS AVONS DEVELOPPE AINSI QUE LES DIFFERENTES ETAPES QUI MENENT A LA FORMATION DE L'IMAGE SNOM DANS LE MODE VIBRANT QUE NOUS UTILISONS. CETTE PARTIE NOUS PERMET EGALEMENT DE DISCUTER DE LA DEPENDANCE DU SIGNAL OPTIQUE AVEC LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE LA SONDE AU COURS DE L'IMAGERIE. NOUS PRESENTONS ENSUITE DEUX ETUDES PARTICULIERES QUI NOUS ONT PERMIS D'ETABLIR LA SENSIBILITE DE LA SONDE AUX CARACTERISTIQUES DU CHAMP ELECTROMAGNETIQUE AUQUEL ELLE EST SOUMISE. L'ETUDE DE COMPOSANTS DE L'OPTOELECTRONIQUE EN EMISSION FAIT L'OBJET DE LA PREMIERE ETUDE. L'INSTRUMENTATION OPTIQUE POLYVALENTE, DONT EST DOTE NOTRE MICROSCOPE, NOUS A PERMIS D'ETUDIER L'INFLUENCE DE L'AMPLITUDE DE VIBRATION DE LA SONDE, DE LA DIRECTION DE COLLECTION DU SIGNAL OPTIQUE AINSI QUE DE LA FREQUENCE DE DEMODULATION SYNCHRONE SUR LE CONTENU DE L'IMAGE SNOM. NOUS AVONS AINSI PU DEFINIR UNE CONFIGURATION EXPERIMENTALE OPTIMALE DANS LA DESCRIPTION DU MODE EMIS PAR UNE DIODE LASER. DANS CETTE ETUDE, NOUS AVONS MIS EN VALEUR LA CAPACITE DE LA SONDE A SE COMPORTER COMME UN DETECTEUR LOCAL DE LUMIERE. LA DEUXIEME ETUDE PRESENTE UNE EXPERIENCE DE PHOTOPOLYMERISATION SUB- QUI NOUS A PERMIS DE DEMONTRER LA CAPACITE D'UNE SONDE METALLIQUE A SE COMPORTER COMME UNE SOURCE LUMINEUSE LOCALE. NOUS UTILISONS UNE SONDE EN TUNGSTENE DANS LES CONDITIONS D'EXALTATION DU CHAMP POUR PHOTOINDUIRE LOCALEMENT LE PROCESSUS DE POLYMERISATION. NOUS PRESENTONS DEUX CONFIGURATIONS EXPERIMENTALES POUR LESQUELLES UNE EXALTATION LOCALE A DONNE LIEU A LA CREATION D'UN OBJET POLYMERE DE TAILLE NANOMETRIQUE ET DISCUTONS DES RESULTATS SOUS LEUR ASPECT OPTIQUE ET PHYSICO-CHIMIQUE.

L'imagerie optique en champ proche, née il y a une vingtaine d'années, ne cesse de voir le nombre de ses applications augmenter avec la quête constante de miniaturisation et le désir de disposer de méthodes d'observation non-invasives. Cependant, dans la plupart des cas, l'observation du monde nanométrique s'accompagne, à cette échelle, de l'apparition d'artéfacts optiques qui, bien qu'ils traduisent de réels phénomènes d'interaction entre la lumière et la matière, rendent encore plus difficile l'interprétation des images obtenues en champ proche optique. Nous avons donc tenté de répondre aux attentes des microscopistes, quelle que soit leur formation, en identifiant d'une part les paramètres géométriques et ondulatoires responsables de ces phénomènes et, d'autre part, en proposant des solutions technologiques simples permettant de réduire fortement l'apparition d'artéfacts optiques pendant la formation des images en champ proche. Pour cela, nous avons développé un microscope de type STOM en réflexion totale interne dont l'éclairage isotrope est assuré au moyen d'une nappe conique lumineuse obtenue après réfraction dans un axicon. La détection du champ évanescent, dans le proche voisinage de l'objet, est rendue possible par la mise en œuvre d'une tête autonome dont le détecteur est une sonde collectrice de dimension nanométrique. Les sources laser couramment utilisées dans de telles architectures de microscope ont été remplacées par une source quasi-polychromatique, incohérente et dépolarisée, obtenue par diffusion Raman stimulée dans une fibre optique. La validation de ce nouveau microscope, baptisé I2STOM, a tout d'abord conduit à l'observation d'échantillons diélectriques de calibration, puis de nanostructures métalliques aléatoires dont les images étaient aisément interprétables. Enfin, de manière à élargir le champ de ses applications potentielles, le fonctionnement du microscope a été testé avec succès dans des conditions sévères d'utilisation, par exemple lors de l'observation de couches cellulaires vivantes en milieu aqueux.

NOUS AVONS DEVELOPPE UN NOUVEL INSTRUMENT, LE MICROSCOPE OPTIQUE A POINTE, POUR CARACTERISER LES COMPOSANTS OPTIQUES FONCTIONNANT A = 1,55 M. POUR CELA, NOUS AVONS MIS EN UVRE UNE CONFIGURATION OPTIMALE UTILISANT UNE FIBRE OPTIQUE EFFILEE PLACEE TRES PRES DE LA SURFACE A L'AIDE DE CALES PIEZO-ELECTRIQUES. POUR COLLECTER LES ONDES EVANESCENTES A LA SURFACE DE GUIDES A SEMICONDUCTEUR NOUS AVONS DE PLUS MIS EN UVRE LA REGULATION PAR FORCE DE CISAILLEMENT POUR CONTROLER LA DISTANCE DE SEPARATION ENTRE LA POINTE ET LA SURFACE (