Après avoir classé les différentes sondes existant en champ proche optique, nous présentons une nouvelle sonde polymère pour la microscopie en champ proche optique. Nous décrivons sa fabrication et ses principales caractéristiques optiques avant de présenter les améliorations pouvant être amenées à ces sondes afin d’améliorer leur résolution. Afin d’utiliser ces nouvelles sondes, un microscope optique en champ proche (SNOM) utilisant un système d’asservissement basé sur un diapason de quartz a été développé. Nous présentons le dispositif expérimental en se concentrant sur le développement du système d’asservissement. Puis, nous exposons quelques résultats expérimentaux obtenus avec les nouvelles sondes polymères. Ainsi nous présentons deux études de luminescence : une étude d’un échantillon luminescent nanostructuré nous permettant d’estimer la résolution de la sonde utilisée, et une étude sur la luminescence du silicium poreux nano-structuré par voie optique. Ensuite nous présentons des résultats obtenus sur des échantillons de l’optique guidée et l’optoélectronique : une étude de mode sur une diode laser à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL), puis une nouvelle méthode pour cartographier l’indice de réfraction à l’intérieur d’une structure guidante, enfin, nous observons les modes se propageant dans un guide optique ce qui nous permet de tester un autre aspect de la sonde polymère. Finalement, nous présentons une étude du couplage entre des fluoropohores et des nanoparticules métalliques

Les propriétés singulières des ondes évanescentes ont permis le développement de la microscopie en champ proche optique, mais également l’émergence de capteurs moléculaires basée sur l’excitation de plasmons de surface. Ce travail de thèse est consacré au développement de nano-sondes à base de fibres optiques destinées à ces deux applications. Après un état de l’art des différents procédés de la littérature, ce travail aborde une nouvelle approche pour créer des nano-sondes optiques. La gravure chimique, pour créer une pointe à l’extrémité d’une fibre conique, est premièrement optimisée. Les étapes suivantes sont réalisées dans un dispositif plasma original, basé sur une décharge en régime de cathode creuse cylindrique. Pour finaliser la fabrication des sondes, les pointes métallisées sont ouvertes in situ avec une micro-étincelle obtenue via une décharge couronne en configuration pointe-plan. Notre microscope est ensuite détaillé et une étude paramétrique est menée afin d’optimiser la formation des images, les capacités de résolution du sont discutées. A titre d’exemple, le microscope est ensuite appliqué à la science des nano-matériaux, et quelles pistes d’investigation de nano-structures sont explorées, ainsi que le potentiel de spectroscopie Raman en champ proche. La spectroscopie résonante des plasmons de surface est aussi abordée. Les sondes spécialement modifiées sont ici destinées à la détection moléculaire en milieu aqueux. Les capteurs ainsi élaborés sont testés dans des microvolumes de solution, et leur capacité d’exaltation du signal Raman est présentée

Ce travail de recherche se situe dans la dynamique des microscopies dites en "champ proche" ou à sondes locales. La résolution de ces microscopies dépend des effets physiques liés à la géométrie de la sonde et au type d'interaction de cette dernière avec l'échantillon à analyser. Dans ce contexte, nous avons développé, réalisé et exploité un instrument combinant deux détections : l'une optique et l'autre à forces atomiques. La première permet de déterminer la distribution du champ lumineux au voisinage immédiat de l'objet tandis que la détection de force fournit la topographie du même site de l'objet. La double détection a été démontrée. A partir de ces deux informations, il est possible de mieux comprendre les phénomènes d'interaction matière-rayonnement à l'échelle nanométrique et de mettre en évidence les effets optiques directement liés soit à la topographie soit à la nature physico-chimique de l'objet. Deux essais d'optimisation des images optiques ont été développés, soit par métallisation de la pointe, soit par l'exploitation de l'interférométrie optique en champ proche. Le dernier chapitre est une modélisation des microscopes optiques en champ proche basée sur un calcul perturbatif au premier ordre permettant de calculer le champ électromagnétique diffracté par l'ensemble sonde-objet (méthode couplée).

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,)

Synthetic polymers make excellent specimens for light microscopy. Despite this, the use of the technique, at least in its advanced forms, is not so widespread as might be expected. Although reliable and relevant data are difficult to find and quantify, it seems that in other fields of materials science and technology there is a greater readiness to tum to the microscope in research, in industrial problem solving, or for quality assessment and control. It also seems that the reasons for the present situation are partly historical, partly the result of the structure of the plastics and rubber industries, and partly the education and training background of senior staff who tend to be chemistry or engineering based. In neither field does light microscopy feature strongly in the basic training. The primary aim of this book is to provide some insight into the range oflight microscopy techniques applicable to polymeric specimens, and to highlight typical applications to commercial polymers and polymer products. Where appropriate, the optical techniques involved are discussed in some detail. However, it has not been the intention to produce a light microscopy textbook dealing with the principles and design of the basic instrument. Many such texts are available, and selected examples are cited in the reference list at the end of most chapters.

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...

CETTE THESE PROPOSE LA MISE AU POINT ET LES AMELIORATIONS DU MICROSCOPE OPTIQUE EN CHAMP PROCHE CONCU ET REALISE AU LABORATOIRE. CE MICROSCOPE UTILISE UNE FIBRE OPTIQUE ETIREE ET METALLISEE EN MODE ILLUMINATION LOCALE. DEUX METHODES DE DETECTION DE LA VIBRATION DE LA FIBRE ONT ETE MISES EN PLACE : LA METHODE OPTIQUE ET LA METHODE DU DIAPASON. AINSI, DES RESULTATS TOPOGRAPHIQUES (RESEAU, PROJECTION PATTERN) DE RESOLUTION NANOMETRIQUE ONT ETE OBTENUS LORS DE LA MISE AU POINT DE L'APPAREIL. ENFIN, DES MOLECULES UNIQUES DE DII INSEREES DANS UN POLYMERE DE PMMA ONT ETE DETECTEES PAR FLUORESCENCE A TEMPERATURE AMBIANTE. CE TRAVAIL A POUR PERSPECTIVES DES ETUDES SPECTROSCOPIQUES DE MOLECULES INDIVIDUELLES PAR MICROSCOPIE EN CHAMP PROCHE OPTIQUE, SOIT A TEMPERATURE AMBIANTE, SOIT A TRES BASSE TEMPERATURE.