Brevet FR2800364A1 — publié le 20010504

MICROCAVITE ACTIVE ACCORDABLE ET PROCEDE DE FABRICATION DE MICROCAVITE ACTIVE ACCORDABLE Domaine technique et art antérieur L'invention concerne une microcavité active accordable ainsi qu'un procédé de fabrication de microcavité active accordable. L'invention s'applique, entre autres, à la détection et à l'émission infrarouge. De façon générale, quelles que soient ses dimensions, une cavité est constituée de deux miroirs séparés par une épaisseur e. L'épaisseur d'une cavité vérifie la relation e=k/2n o X est la longueur d'onde de résonance, n l'indice de réfraction du milieu entre les miroirs et k un nombre entier. La fréquence de résonance de la cavité est rendue accordable en déplaçant les miroirs l'un par rapport à l'autre. Dans le cas o la cavité est active, un matériau actif tel que, par exemple, du CdHgTe est placé entre les miroirs. Selon l'art connu, un mode de déplacement des miroirs d'une cavité est effectué à l'aide d'éléments piézo-électriques. Une cavité accordable selon un premier mode de réalisation de l'art antérieur est décrite en figure 1. La cavité comprend deux miroirs 1 et 2 et un élément piézo-électrique 3 compris entre les deux miroirs. Par application d'une tension à l'élément piézo-électrique 3, la distance entre les deux miroirs est modifiée. Les matériaux piézo-électriques ne peuvent pas être usinés de façon à atteindre de très faibles épaisseurs. Il s'ensuit que les cavités obtenues selon le mode de réalisation de l'art antérieur décrit en figure 1 ont des épaisseurs minimales de l'ordre du millimètre. Il n'est alors pas possible de réaliser des microcavités, c'est-à-dire des cavités dont l'épaisseur est de l'ordre du micron. Une cavité accordable selon un deuxième mode de réalisation de l'art antérieur est décrite en figure 2. Selon ce deuxième mode de réalisation, un actionneur piézo-électrique extérieur à la cavité est utilisé pour faire varier l'épaisseur de la cavité. La cavité accordable comprend deux miroirs 1 et 2, un actionneur piézoélectrique 4, un bras de support et un support fixe 6. L'actionneur piézoélectrique 4 est situé à l'extérieur de la cavité définie par les miroirs 1 et 2. Un premier miroir (le miroir 1 sur la figure 2) est fixé sur le support 6. Le deuxième miroir (miroir 2) est fixé sur l'actionneur piézo-électrique 4, lequel est fixé à une première extrémité 5A du bras de support dont la deuxième extrémité 5B est fixée au support 6. Les miroirs 1 et 2 sont placés en regard l'un de l'autre pour former la cavité. Sous l'action d'une tension appliquée à l'actionneur piézo-électrique, le miroir 2 peut être déplacé par rapport au miroir 1, induisant ainsi une modification de fréquence de la cavité. Un tel dispositif présente des problèmes de référence. Il n'est en effet pas facile d'ajuster avec précision la position du miroir 2 par rapport à la position du miroir 1 situé sur le support fixe 6. La précision avec laquelle le miroir 2 peut être positionné par rapport au miroir 1 est au mieux de l'ordre du millimètre. Il n'est alors possible de réaliser que des cavités dont l'épaisseur minimale est de l'ordre du millimètre. Selon ce deuxième mode de réalisation, il n'est donc également pas possible de réaliser des microcavités accordables. Il est connu, par ailleurs, des microcavités accordables. L'un des deux miroirs de la microcavité est alors placé sur une membrane déformable. Cependant, les membranes utilisées sont peu déformables. La bande d'accord en fréquence est alors peu importante. A titre d'exemple, la bande d'accord est typiquement de 5% pour une longueur d'onde centrale de lpm. L'invention ne présente pas les inconvénients ci-dessus. En effet, l'invention concerne une microcavité accordable comprenant un premier miroir, un deuxième miroir et une couche de matériau actif comprise entre les deux miroirs. La microcavité accordable comprend: - un actionneur piézo-électrique ayant une première face fixée au premier miroir, - une structure mécanique fixée au deuxième miroir et ayant une face fixée à une deuxième face de l'actionneur piézo-électrique de facon que l'actionneur piézo-électrique soit à l'extérieur de l'espace situé entre les premier et deuxième miroirs, 3 les premier et deuxième miroirs étant sensiblement parallèles l'un à l'autre et situés à une distance prédéterminée, de part et d'autre de la couche de matériau actif, chacun des deux miroirs étant libre de se déplacer sous l'action d'un signal de commande appliqué à l'actionneur piézo-électrique. L'invention concerne également un procédé de fabrication de microcavité accordable comprenant un premier miroir, un deuxième miroir et une couche de matériau actif comprise entre les deux miroirs. Le procédé comprend les étapes suivantes: - fixer le premier miroir sur une première face d'un actionneur piézo-électrique de façon à constituer un premier ensemble, - assembler, de façon rigide, un ensemble constitué du second miroir et de la couche de matériau actif avec une structure mécanique de façon à constituer un deuxième ensemble, - déplacer le premier ensemble et le deuxième ensemble l'un par rapport à l'autre de façon que l'actionneur piézo-électrique soit à l'extérieur de l'espace situé entre les miroirs et que les deux miroirs soient sensiblement parallèles l'un à l'autre et situés de part et d'autre de la couche de matériau actif, - fixer une face d'un moyen mécanique de liaison solidaire de la structure mécanique sur une deuxième face de l'actionneur piézo-électrique lorsque les deux miroirs sont situés à une distance prédéterminée. Un avantage de l'invention est de permettre un ajustement très précis de la position relative des miroirs qui constituent la microcavité. Il est alors possible de réaliser une microcavité accordable dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques microns, par exemple de l'ordre de 2 à Pm. Un tel dispositif permet avantageusement de détecter les gaz qui présentent des bandes d'absorption dans l'infrarouge moyen (2-5 pm). Un accord de la longueur d'onde sur plusieurs centaines de nanomètres peut être obtenu. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente une cavité accordable selon un premier mode de réalisation de l'art antérieur, - la figure 2 représente une cavité accordable selon un deuxième mode de réalisation de l'art antérieur, - la figure 3 représente une microcavité accordable selon l'invention, - la figure 4 représente un exemple de système de fixation de la microcavité accordable selon l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir. La figure 3 représente une vue en coupe d'une microcavité accordable selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention. La microcavité accordable selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention comprend deux miroirs 7 et 8, deux supports de silice 10 et 11, une couche de matériau actif 9, un actionneur piézo- électrique 12, 13, une structure de maintien 16, 17 et des moyens mécaniques de liaison 14, 15. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'actionneur piézo-électrique 12, 13 est une pièce de forme cylindrique, par exemple un cylindre de révolution, présentant un trou central la traversant de part en part, d'une première face à une deuxième face. Le procédé de réalisation de la microcavité accordable selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention va maintenant être décrit. Dans un premier temps, le premier miroir 7 est fixé sur une première face du support de silice 10 et le deuxième miroir 8 est fixé sur une couche de matériau actif 9, par exemple du CdHgTe. La couche de matériau actif 9 est alors amincie jusqu'à obtenir l'épaisseur désirée. L'ensemble constitué par le matériau actif 9 et le second miroir 8 est alors fixé, par exemple par collage, sur le second support de silice 11 de façon que le miroir 8 soit situé entre le matériau actif 9 et le support de silice 11. Le support 11, le miroir 8 et la couche de matériau actif 9 sont alors fixés à l'extrémité de la structure de maintien 16, 17. Le procédé comprend alors deux étapes principales. Une première étape consiste à relier de façon rigide une première face de l'actionneur piézo- électrique 12, 13 à l'ensemble constitué par le miroir 7 et le support de silice 10. L'ensemble ainsi constitué présente alors une cavité C dont le fond est constitué par le miroir 7. La deuxième étape consiste à introduire la structure de maintien 16, 17 dans la cavité C de façon à rapprocher le premier et le deuxième miroir à une distance prédéterminée et à rendre solidaires, de façon rigide, la structure de maintien 16, 17 et la deuxième face de l'actionneur piézo-électrique à l'aide des moyens mécaniques de liaison 14, 15. L'introduction dans la cavité C de l'ensemble constitué par le tube de maintien 16, 17, le support de silice 11, le miroir 8 et le matériau actif 9 est effectué de façon que le matériau actif 9 se trouve sensiblement au contact du miroir 7. L'épaisseur d'air 18 entre les deux miroirs 7 et 8 est alors minimale. L'épaisseur d'air 18 peut être, par exemple, de l'ordre de quelques pm. La structure de maintien est préférentiellement de forme tubulaire 16, 17. Les moyens mécaniques de liaison 14, 15 sont préférentiellement constitués d'une plaque percée par un orifice dont le diamètre est sensiblement celui de la structure de maintien de forme tubulaire 16, 17. Selon l'invention, l'actionneur piézo- électrique a une première de ses faces reliée de façon rigide au premier miroir 7 de la cavité et une deuxième de ses faces reliée de façon rigide au deuxième miroir 8 de la cavité. Lorsqu'une tension est appliquée à l'actionneur piézo-électrique 12, 13, chacun des deux miroirs 7 et 8 subit une force qui l'éloigne de l'autre miroir. L'épaisseur d'air 18 s'accroît. La longueur d'onde de résonance dans la microcavité s'accroît alors en conséquence. Avantageusement, selon l'invention, aucun des deux miroirs ne joue le rôle de référence mécanique pour la microcavité. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une épaisseur d'air 18 minimale de l'ordre du micron avec une précision du même ordre de grandeur. Il est alors possible d'ajuster la position relative des miroirs en contrôlant directement la longueur d'onde de résonance de la microcavité. Une microcavité dont l'actionneur fonctionne sous une tension variant de 0 à 1 kV et qui constitue une pièce tubulaire de 8 mm de haut, 16 mm de diamètre et présentant un trou central de 8 mm a été réalisé. Une variation de 4 pm de la longueur de la microcavité a été observée correspondant à une variation de 350 nm de la longueur d'onde. La figure 4 représente un exemple de système de fixation de la microcavité accordable selon l'invention. La microcavité est alors fixée à la structure qui l'entoure (non représentée sur la figure) par une pièce 19, 20 fixée sur l'actionneur piézo-électrique 12, 13. La pièce 19, 20 est préférentiellement une plaque qui enserre l'actionneur piézo-électrique. REVENDICAT I ONS 1. Microcavité active accordable comprenant un premier miroir (7), un deuxième miroir (8) et une couche de matériau actif (9) comprise entre les deux miroirs, caractérisé en ce que la microcavité accordable comprend: un actionneur piézo-électrique (12, 13) ayant une première face fixée au premier miroir (7). - une structure mécanique (11, 16, 17, 14, 15) fixée au deuxième miroir et ayant une face fixée à une deuxième face de l'actionneur piézo- électrique (12, 13) de façon que l'actionneur piézo-électrique soit à l'extérieur de l'espace situé entre les premier et deuxième miroirs, les premier et deuxième miroirs étant sensiblement parallèles l'un à l'autre et situés à une distance prédéterminée, de part et d'autre de la couche de matériau actif, chacun des deux miroirs (7, 8) étant libre de se déplacer sous l'action d'un signal de commande appliqué à l'actionneur piézo-électrique (12, 13). 2. Microcavité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'actionneur piézo-électrique présente une zone concave (C) de façon à constituer une pièce de guidage dans laquelle la structure mécanique (11, 16, 17, 14, 15) est positionnée. 3. Microcavité selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'actionneur piézo-électrique (12, 13) est une pièce cylindrique de révolution présentant un trou central traversant le cylindre de part en part, entre la première face et la deuxième face, le premier miroir (7) étant fixé à la première face du cylindre de façon que l'ensemble ainsi constitué présente une cavité (C), et en ce que la structure mécanique (11, 16; 17, 14; 15) comprend un support (11) sur lequel est fixé le deuxième miroir (8), une structure de maintien (16, 17) de forme tubulaire ayant une extrémité fixée au support (11) et des moyens mécaniques de liaisons (14, 15) solidaires de la structure de maintien (16, 17) fixés à la deuxième face du cylindre, la structure tubulaire étant positionnée à l'intérieur de la cavité de façon à rapprocher le premier (7) et le deuxième miroir (8) à la distance prédéterminée. 4. Microcavité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau actif (9) est du CdHgTe. 5. Microcavité selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier miroir (7) est fixé sur un support (10) 6. Procédé de fabrication de microcavité active accordable comprenant un premier miroir (7), un deuxième miroir (8) et une couche de matériau actif (9) comprise entre les deux miroirs, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: fixer le premier miroir (7) sur une première face d'un actionneur piézoélectrique de façon à constituer un premier ensemble, - assembler, de façon rigide, un ensemble constitué du second miroir (8) et de la couche de matériau actif avec une structure mécanique (11, 16, 17) de façon à constituer un deuxième ensemble, - déplacer le premier ensemble et le deuxième ensemble l'un par rapport à l'autre de façon que l'actionneur piézo-électrique soit à l'extérieur de l'espace situé entre les miroirs et que les deux miroirs soient sensiblement parallèles l'un à l'autre et situés de part et d'autre de la couche de matériau actif, - fixer une face d'un moyen mécanique de liaison (14, ) solidaire de la structure mécanique (11, 16, 17) sur une deuxième face de l'actionneur piézo- électrique lorsque les deux miroirs sont situés à une distance prédéterminée. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, l'actionneur piézo-électrique présentant une zone concave (C), l'étape de déplacement du premier ensemble par rapport au deuxième ensemble est une étape de guidage de la structure mécanique (11, 16, 17) dans la zone concave (C). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'assemblage, de façon rigide, de l'ensemble constitué du second miroir (8) et de la couche de matériau actif (9) avec une structure mécanique (11, 16, 17) consiste à: - fixer la couche de matériau actif (9) sur une première face du deuxième miroir (8), - fixer une deuxième face du deuxième miroir sur un support (11), - fixer le support (11) à l'extrémité d'une structure de maintien (16, 17).