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Cantilever-based Near-Field optical probe

We report the design of a new type of scanning near-field optical microscopy probes combining the advantages of both tapered optical fibers type and cantilever type commercial scanning near-field optical microscopy probes. The material is an organo-mineral synthesized by the sol-gel method.

This material matches mechanical and optical performances for such a scanning near-field optical microscopy probe fabrication. Numerical calculations were carried out using finite element method in order to study the optical transmission of the probe in emission and collection modes. The influence of the probe geometry on the intensity distribution in the vicinity of the aperture and in the extremity of the cantilever is studied in details.

The probe structure is based on a transparent homogeneous material cantilever with a solid pyramidal-shaped tip at the end, see illustration below.

FIG 1 : MOURCHED

 

The cantilever is used as an optical guide. This structure is allowed by the fabrication process we developed using an organo-mineral material synthesized by sol-gel process
The mineral network of the material is based on Silica which offers good optical and mechanical properties.
The organic network brings the properties of polymers : ease and simplicity of layer deposition, definition of structures by photo polymerization, composition versatility.
The sol-gel process is based on soft chemistry, and performed at moderate temperature (120°C) and ambient pressure. It thus requires low energy and is low cost.
Moreover, this material, transparent in visible and infrared light, has been used to realize photonic circuits. Such circuits could be integrated to realize a smart probe.


Nous concevons et réalisons des sondes de champ proche électromagnétique (visible, RF). Dans le domaine du visible les sondes de type levier AFM (Atomic Force Microscopy) intègrent des fonctions optiques ; la technologie utilisée est fondée sur le procédé Sol-Gel et l’écriture laser appliqués à des matériaux organo-minéraux. (ANR SIROCO 2012-2014). Elle doit permettre de travailler en émission et en réception. Dans le domaine RF les sondes sont désadaptées en impédance et sont basées sur une géométrie de micro-guides d’onde coaxiaux. Une approche concernant une gamme d’échelle nanométrique pour la partie active de la sonde consiste à mettre à profit les propriétés électromécaniques des nanotubes de carbone multi feuillets. Ces sondes sont aussi utilisées en RMN (Résonance magnétique Nucléaire) et en IRM (Imagerie de Résonance Magnétique).

 

 

Nous développons l’instrumentation associée aux sondes pour l’imagerie en champ proche. En particulier, un SNOM (Scanning Near field Optical Microscope) commercial a été couplé avec un spectrophotomètre ce qui permet d’extraire par traitement de décorrélation de spectre les différentes longueurs d’ondes de fluorescence qui se superposent lors de la mesure. Nous mettons en œuvre les outils, le savoir faire développé et l’analyse des contrastes des images pour apporter des réponses à des problématiques dans le domaine des sciences du vivant : localisation au niveau du chromosome des nucléotides et des protéines marquées avec des fluorophores, effet de stimulations mécaniques sur la différentiation cellulaire à l’échelle de la cellule unique. Dans ce dernier cas, le levier de la sonde permet d’appliquer des contraintes calibrées et la différentiation est détectée par fluorescence. (PI CNRS - Interface Physique Chimie Biologie - Soutien à la prise de risque - 2010).

Les sondes RF sont utilisées pur développer une nouvelle méthode d’acquisition de signaux RMN et IRM non par un couplage inductif mais par un couplage capacitif en utilisant les méthodes de champ proche (résolution spatiale et spectrale). Les domaines d’application visés sont la biologie végétale et les neurosciences . Ces sondes sont également utilisées sur un banc de cartographie de champ proche électromagnétique (EM) ayant des résolutions spatiales allant du mm au µm. L’originalité de ce banc est de permettre à la fois des études de compatibilité électromagnétique avec des cartographies du champ EM rayonné, et des études de susceptibilité de circuits avec l’injection d’un champ en un point localisé.

Transfert de technologie

Un partenariat, basé autour de demandes d’expertises de plus en plus nombreuses, s’est développé ces dernières années entre les PME, régionales et nationales, et le groupe TéHO. Il permet un transfert de technologie concernant le développement de projets mettant en jeu les hautes fréquences comme avec par exemple la société Pégase Systems (réalisation d’un radar cohérent pulse doppler de grande sensibilité en bande X tout état solide associé à des antennes fort gain de type antenne à fentes) ou encore avec la société BIOTOPE (réalisation d’un radar de nouvelle génération de type multistatique à forme d’onde complexe).