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RÉSUMÉ
Une méthode originale de dépôt localisé par contact, basée sur l'utilisation de micro-plumes robotisées en silicium, a été développée pour fabriquer des matrices de microlentilles en polymère. L'intérêt de cette technique de fabrication à faible coût a été démontré pour la réalisation de lentilles hémisphériques de bonne qualité optique. Ces résultats ont été exploités dans le domaine de la micro-optique intégrée pour la collimation de diodes laser VCSELs. Cet article présente cette nouvelle méthode : la collimation des diodes VCSEL est abordée en premier lieu. Ensuite, le dimensionnement des microlentilles est détaillé, en particulier leur conception et leur sensibilité. Enfin, la fabrication à proprement parler est expliquée et plus précisément la technique de dépôt par microplumes robotisées.
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Véronique BARDINAL
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Emmanuelle DARAN
INTRODUCTION
La fabrication de microéléments optiques réfractifs ou diffractifs constitue actuellement un défi important, notamment dans le domaine des microsystèmes. La collimation de sources laser telles que les VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) est particulièrement stratégique pour réaliser des microsystèmes optiques compacts. Dans ce cadre, nous présentons une nouvelle méthode de fabrication de microlentilles en polymère basée sur l'utilisation de microplumes robotisées.
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Fabrication technologique
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2. Dimensionnement des microlentilles
2.1 Comment sont conçues les microlentilles déposées sur le VCSEL ?
Les microlentilles ont été modélisées pour optimiser leurs paramètres géométriques grâce au logiciel Zemax„ (voir en [Doc. RE 138]), en prenant en compte le caractère gaussien du faisceau laser. Avant d'envisager la fabrication de la microlentille sur le composant, il faut tout d'abord définir et réaliser des piédestaux de taille élevée (≍ 100 μm) avec une résine épaisse transparente (dans notre cas, la SU-8 voir paragraphe 3.2), cela afin d'éloigner suffisamment le plan de la lentille de celui de la source VCSEL. La structure est donc décrite dans le modèle par une première couche de résine SU-8 (piédestal) déposée directement sur le VCSEL, et sur laquelle est déposé à son tour un ménisque de polymère formant la lentille.
L'objectif de la simulation est d'évaluer les dimensions des différentes couches de telle sorte que le faisceau émergent du système soit quasiment collimaté, en tenant compte des variations possibles des paramètres de dépôt et de la surface initiale, comme par exemple l'angle de contact. La source VCSEL émet à 850 nm avec un « waist » (ou rayon minimal pour lequel le front d'onde est localement plan) de 1,3 μm, correspondant à une divergence de 14o (valeur prise à la largeur à mi-hauteur de la gaussienne).
On note h la distance VCSEL-lentille, R le rayon de courbure de la lentille, e son épaisseur et d son diamètre (figure 2). q c est l'angle de contact.
On a les relations suivantes entre les différents paramètres :
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Dimensionnement des microlentilles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SODA (H.), IGA (K.), KITAHARA (C.), SUEMATSU (Y.) - GaInAsP/InP surface emitting laser injection lasers. - Jpn. J. Appl. Phys., 18, p. 2329-2330 (1979).
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(2) - IGA (K.) - Vertical-Cavity Surface emitting Laser : its conception and evolution. - Japanese Journal of Applied Physics, 47(1), p. 1-10 (2008).
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(3) - OTTEVAERE (H.) et al - Comparing glass and plastic refractive microlenses fabricated with different technologies. - J. Opt. A : Pure Appl. Opt., 8, p. S407-S429 (2006).
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(4) - MacFARLANE (D.L.) et al - Microjet fabrication of microlens arrays. - IEEE Phot. Technol. Letters, 6, no 9 (1994).
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(5) - BELAUBRE (P.) et al - Cantilever-based microsystem for contact and non-contact deposition of picoliter biological samples. - Sensors and Actuators A : Physical, Issues 1-3, 110, p. 130-135 (2004).
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(6) - LORENZ (H.), DESPONT (M.), FAHRNI (N.),...
ANNEXES
ZEMAX Development Corporation, États-Unis http://www.zemax.com/
ChemDraw, Cambridgesoft, États-Unis http://CambridgeSoft.com
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