Brevet FR3052872A1 — publié le 20171222

La présente invention concerne un réflecteur optique résonant. Un tel réflecteur optique résonant peut être utilisé comme capteur ou dans un dispositif d'amplification laser pour assurer un pompage efficace de micro-source. Il est exploité pour ses propriétés d'exaltation de champ électromagnétique. Le domaine large des capteurs demeure notamment incontournable pour nombre d'enjeux technologiques et sociétaux liés à l'énergie, l'environnement, le vivant ou autres. Les concepteurs dans ce domaine font régulièrement preuve d'une grande inventivité, alliant souvent les principes de la mécanique, de l'électronique, de l'optique, des matériaux et de la chimie pour concevoir et réaliser des capteurs fonctionnalisés extrêmement sensibles à la détection de cibles, par exemple des polluants ou contaminants, dans des milieux divers, notamment des milieux aqueux. Dans le domaine plus précis des réflecteurs optiques, de nombreux dispositifs apparaissent aujourd'hui avec des composants dont la fonction est de confiner et exalter les champs électromagnétiques dans l'objectif d'accroître leur sensibilité. Ces composants peuvent prendre la forme d'anneaux résonants, de sphères résonantes, de composants à multiples couches minces métalliques et à résonances de plasmons de surface, ou de composants réflecteurs résonants à multiples couches minces de matériaux diélectriques. Les réflecteurs résonants multicouches sont particulièrement intéressants parce qu'ils peuvent avantageusement être optimisés selon un grand nombre de degrés de liberté tels que le choix des matériaux, des épaisseurs et des alternances. Des techniques de synthèse de tels composants sont connues pour obtenir : - des composants ne contenant que des couches minces de matériaux diélectriques, éliminant ainsi les pertes dissipatives inhérentes à l'utilisation de métaux, - une exaltation décuplée du champ optique, uniquement dépendante de l'inverse des indices imaginaires des matériaux diélectriques employés, ceux-ci pouvant être inférieurs à 10-4, - une exaltation conçue pour des conditions arbitraires d'illumination, ce qui inclut l'incidence d'éclairement, la polarisation et la longueur d'onde souhaitées, - une exaltation pouvant également être conçue pour des substrats supportant déjà des systèmes multicouches. L'invention s'applique ainsi plus particulièrement à un réflecteur optique résonant comportant un substrat diélectrique et une pluralité de couches minces 3052872 2 successives de matériaux diélectriques disposée sur ce substrat, entre une première couche mince en contact avec le substrat et une dernière couche mince présentant une face incidente libre destinée à être éclairée. Sous éclairage incident en régime de réflexion totale, un tel réflecteur optique résonant optimisé réfléchit totalement toutes 5 les longueurs d'ondes lumineuses, mais il existe de surcroît une bande de résonance très étroite dans laquelle l'exaltation électromagnétique est créée. L'article de Lereu et al, intitulé « Scattering losses in multidielectric structures designed for giant optical field enhancement », publié dans Applied Optics, volume 53, n° 4, pages A412 à A416, en février 2014, donne un exemple de tel réflecteur 10 optique résonant optimisé. La bande de résonance qu'il présente est mise en évidence par un minimum de détection et/ou par un saut de phase dans la mesure de la lumière réfléchie. Or tout changement d'indice de réfraction dans un milieu en contact avec ou qui constitue le substrat d'un réflecteur optique de ce type, pouvant par exemple être caractéristique de la présence d'au moins une cible à détecter dans 15 ce milieu, engendre une modification de cette résonance, notamment un décalage. Cette modification de résonance peut alors être mesurée par une variation du faisceau optique réfléchi en intensité, phase, angulaire ou spectrale, ou en polarisation. Les mesures en variation d'intensité, dans lesquelles l'angle d'incidence et la longueur d'onde du faisceau lumineux émis sont invariantes, sont peu exploitées 20 parce qu'elles impliquent l'utilisation d'une résonance qui n'est plus complètement optimisée. En revanche, avec des mesures de décalage de résonance en fonction des caractéristiques spectrales ou angulaires du faisceau lumineux émis, des variations d'indice de réfraction dans le milieu à tester de 10-5 ont pu être détectées. Avec des mesures en phase, des détections de variations de 10-6 ont pu être 25 atteintes. Mais bien que l'exaltation électromagnétique obtenue à l'aide de composants réflecteurs résonants multicouches purement diélectriques puisse atteindre des valeurs inaccessibles avec des composants à résonances de plasmons de surface, elle reste limitée. En particulier les structures multicouches connues n'ont pas été 30 optimisées pour avoir la meilleure exaltation en l'absence d'absorption. En effet, la méthode proposée dans l'article de Lereu et al cité précédemment est basée sur la présence d'au moins une couche faiblement absorbante, en complément de la structure multi-diélectrique. Par ailleurs l'exaltation décrite dans cet article est accompagnée d'une absorption totale dans la couche absorbante ou dans 35 l'empilement multicouche, ce qui peut être pénalisant. 3052872 3 Il peut ainsi être souhaité de prévoir un réflecteur optique résonant multicouche qui permette d'accéder à des exaltations électromagnétiques optimisées et donc plus élevées que celles atteintes dans l'état de la technique, ceci sans faire appel à aucune couche absorbante, de sorte que l'absorption soit nulle dans le 5 composant. Il est donc proposé un réflecteur optique résonant comportant un substrat diélectrique et une pluralité de couches minces successives de matériaux diélectriques disposée sur ce substrat, entre une première couche mince en contact avec le substrat et une dernière couche mince présentant une face incidente libre 10 destinée à être éclairée, dans lequel, pour un angle d'incidence et une longueur d'onde prédéterminés d'éclairage de la face incidente en régime de réflexion totale du réflecteur optique résonant : - l'indice de réfraction et l'épaisseur de la première couche mince sont choisis de sorte qu'elle constitue, avec le substrat, un nouveau substrat 15 équivalent d'admittance nulle, et - lesdites couches minces successives à partir de la deuxième sont accordées entre elles de manière à constituer un miroir quart-d'onde. Il a en effet été découvert qu'en annulant l'admittance du substrat à l'aide de la première couche mince, ce qui est possible en régime de réflexion totale, et en 20 configurant les autres couches minces en un miroir quart-d'onde accordé à l'angle d'incidence et la longueur d'onde prédéterminés, il est possible d'atteindre des niveaux d'exaltation électromagnétique inégalés sans aucune absorption. De façon optionnelle, l'annulation de l'admittance du nouveau substrat équivalent est obtenue en assurant la relation suivante : /m(1,) tan Sp = np 25 avec : 2n- 8P =-nP cos OP eP À0 où À0 est la longueur d'onde prédéterminée d'éclairage, np et ep sont respectivement l'indice de réfraction et l'épaisseur de la première couche mince, 0 est l'angle d'incidence sur la première couche mince, avec 11, l'admittance du substrat, 30 et avec 71p un indice effectif de réfraction de la première couche mince, défini de la façon suivante : l'indice effectif de réfraction nl d'un milieu i est égal à ni cos O en 3052872 4 mode de propagation transverse électrique TE et à ni /cos O en mode de propagation transverse magnétique TM, O étant l'angle d'incidence à une interface du milieu i considéré. De façon optionnelle également, le substrat diélectrique est lui-même 5 constitué d'un unique matériau diélectrique d'indice de réfraction ris, l'admittance YS étant alors égale à l'indice effectif de réfraction correspondant fis de manière à vérifier la relation suivante : tan= np De façon optionnelle également, le substrat diélectrique est lui-même constitué d'une autre pluralité de couches minces successives de matériaux 10 diélectriques. De façon optionnelle également, ladite pluralité de couches minces successives comporte au moins dix couches minces successives de matériaux diélectriques alternés pour une épaisseur totale inférieure à dix micromètres. De façon optionnelle également, ladite pluralité de couches minces 15 successives comporte des couches minces successives alternées de pentoxyde de tantale et de dioxyde de silicium. De façon optionnelle également, un réflecteur optique résonant selon l'invention peut comporter M pluralités de couches minces successives de matériaux diélectriques disposées sur le substrat, M 2, chaque pluralité de couches minces 20 successives, notée Pm où 1 m M, comportant : - une première couche mince inférieure dont l'indice de réfraction et l'épaisseur sont choisis de sorte qu'elle constitue, avec chaque autre pluralité de couches minces éventuellement disposée entre elle et le substrat, un nouveau substrat équivalent d'admittance nulle, 25 - plusieurs autres couches minces supérieures accordées entre elles de manière à constituer un miroir quart-d'onde, pour un angle d'incidence et une longueur d'onde prédéterminés d'éclairage de la face incidente en régime de réflexion totale du réflecteur optique résonant qui sont propres et spécifiques à cette pluralité Pm de couches minces successives. 30 II est également proposé un capteur optique de cibles dans un milieu à tester, comportant : - un réflecteur optique résonant selon l'invention, présentant une face de substrat destinée à être en contact avec le milieu à tester, Im(71,) 3052872 5 - une source de lumière disposée de manière à éclairer la face incidente du réflecteur optique résonant à l'aide d'un faisceau lumineux et à obtenir une réflexion totale de ce faisceaux lumineux contre cette face incidente à toutes les longueurs d'ondes lumineuses y compris dans une bande de 5 résonance du réflecteur optique résonant, - un détecteur de lumière réfléchie pour la fourniture d'au moins un signal de mesure, et - une unité de traitement du signal de mesure pour en extraire une information sur la présence d'au moins une cible dans le milieu à tester. 10 Il est également proposé un dispositif d'amplification laser comportant un réflecteur optique résonant selon l'invention, dans lequel le substrat diélectrique ou l'une des couches minces successives de matériaux diélectriques du réflecteur optique résonant est constitué d'un matériau actif réagissant à l'excitation d'une micro-source laser. 15 L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement la structure générale d'un premier exemple de capteur optique pouvant comporter un réflecteur optique 20 résonant selon l'invention, - la figure 2 représente schématiquement la structure générale d'un deuxième exemple de capteur optique pouvant comporter un réflecteur optique résonant selon l'invention, - la figure 3 illustre à l'aide d'un diagramme les performances en détection 25 du capteur de la figure 2, - la figure 4 représente schématiquement la structure générale d'un réflecteur optique résonant selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 5 illustre à l'aide d'un diagramme les performances en exaltation 30 électromagnétique du réflecteur optique résonant de la figure 4, - la figure 6 représente schématiquement la structure générale d'un réflecteur optique résonant selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 illustre à l'aide d'un diagramme les performances en exaltation 35 électromagnétique du réflecteur optique résonant de la figure 6, et 3052872 6 - la figure 8 représente schématiquement la structure générale d'un exemple de dispositif d'émission laser pouvant comporter un réflecteur optique résonant selon l'invention. Le capteur optique 10 représenté schématiquement sur la figure 1 comporte 5 un réflecteur optique résonant 12 à multiples couches minces successives de matériaux diélectriques. Le réflecteur optique résonant 12 présente notamment une face de substrat 14 destinée à être en contact avec un milieu à tester et une face incidente 16 destinée à être éclairée. Avantageusement, il comporte au moins dix couches minces successives de matériaux diélectriques alternés, par exemple des 10 couches de pentoxyde de tantale et de dioxyde de silicium, pour une épaisseur totale inférieure à dix micromètres. Ces couches minces sont disposées sur un substrat dont l'épaisseur peut être très grande devant celle des couches minces, par exemple de l'ordre du centimètre. En régime de réflexion totale, le réflecteur optique résonant 12 présente une résonance produisant une exaltation électromagnétique en son sein, 15 le champ étant évanescent dans le substrat. En variante et de façon avantageuse, la fonction de substrat est remplie par l'air ou le milieu à tester lui-même, le réflecteur optique résonant 12 n'étant constitué que des couches minces, la face de substrat 14 étant alors la face arrière de la dernière couche mince en contact avec le substrat, c'est-à-dire l'air ou le milieu à tester. Dans ce cas les couches minces peuvent être 20 disposées sur un support situé du côté du milieu incident d'éclairement. Dans ce cas également, l'exaltation électromagnétique se produit sur la face de substrat 14, le champ étant évanescent au-delà. Le capteur optique 10 comporte en outre un dispositif 18 d'émission/réception de lumière, incluant une source de lumière disposée de manière à éclairer la face 25 incidente 16 du réflecteur optique résonant 12 à l'aide d'un faisceau lumineux 20 et à obtenir une réflexion totale de ce faisceaux lumineux contre cette face incidente 16 à toutes les longueurs d'ondes lumineuses y compris dans la bande de résonance du réflecteur optique résonant 12. Il est nécessaire pour cela que le faisceau lumineux 20 atteigne la face incidente 16 avec un angle d'incidence oblique supérieur à un 30 angle limite de réfraction incident obtenu en assurant un indice de réfraction dans le milieu incident supérieur à un indice de réfraction du substrat ou du milieu à tester. C'est aussi une condition suffisante puisque le régime de réflexion totale est indépendant de l'empilement de couches minces constituant le réflecteur optique résonant 12 : il ne dépend que des indices de réfraction des milieux incident et à 35 tester. 3052872 7 Le dispositif 18 d'émission/réception inclut aussi un détecteur de lumière réfléchie pour la fourniture d'au moins un signal de mesure. Une unité de traitement 22 est couplée avec le détecteur pour extraire du signal de mesure une information sur la présence éventuelle d'au moins une cible dans le milieu à tester. 5 Le capteur optique 10 comporte en outre avantageusement un guide d'onde incident 24 dont une première extrémité 26 est couplée au dispositif d'émission/réception 18 de façon connue en soi, à l'aide d'un connecteur dédié 28 assurant un bon rendement en transmission, et dont une deuxième extrémité 30 est en contact surfacique avec la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12. Le 10 guide d'onde incident 24 est plus précisément disposé pour conduire le faisceau lumineux 20 de la source lumineuse du dispositif d'émission/réception 18 jusqu'à la face incidente 16. Il permet de conserver, après le couplage de son entrée, une divergence angulaire et une bande spectrale du faisceau lumineux qui restent inférieures à des valeurs prédéterminées souhaitées, par exemple 1 milliradian, ou de 15 préférence une fraction de milliradian, pour la divergence angulaire et 1 nanomètre, ou de préférence quelques picomètres, pour la bande spectrale. En effet, l'insertion de lumière dans un guide d'onde, par exemple dans un guide de type monomode, nécessite des conditions de couplage qui permettent de garantir une faible divergence angulaire et une faible largeur spectrale à l'intérieur du guide. Avec ces 20 valeurs limites, un réflecteur optique résonant d'une quinzaine de couches diélectriques minces, tel que divulgué dans son principe dans l'article de Lereu et al cité précédemment, peut atteindre dans le visible une exaltation électromagnétique de trois décades. De plus, pour assurer le contact surfacique tout en garantissant une réflexion 25 totale contre le réflecteur optique résonant 12, la deuxième extrémité 30 du guide d'onde incident 24 est inclinée selon un angle suffisant pour que l'angle d'incidence du faisceau lumineux 20 à l'arrivée contre la face incidente 16 soit supérieur à l'angle limite de réfraction incident. Par conservation des angles en rotation de rr/2, l'angle d'inclinaison de la deuxième extrémité 30, mesuré à partir d'une section droite du 30 guide d'onde 24, est suffisant lorsqu'il est lui-même supérieur à l'angle limite de réfraction incident, mesuré à partir de la normale à la face incidente 16. Cet angle limite est par exemple de 63 degrés lorsque le coeur conducteur du guide d'onde incident 24 est en silice avec un milieu à tester d'indice de réfraction égal à 1,3 typique d'une solution aqueuse à température ambiante ou d'une solution tampon 35 phosphate salin PBS (de l'anglais « Phosphate Buffered Saline »). On notera que 3052872 8 l'angle limite peut être significativement réduit en choisissant un autre matériau que la silice pour le guide d'onde 24. Le domaine technique des capteurs optiques étant moins exigeant que le domaine des télécommunications par transmissions optiques sur ce point compte tenu des distances de transmissions optiques envisagées, il est 5 tout à fait possible de remplacer la silice par un matériau d'indice de réfraction supérieur. Le guide d'onde incident 24 est par exemple une fibre optique monomode de section circulaire. Dans ce cas, l'inclinaison de sa deuxième extrémité 30 peut être obtenue par clivage et/ou polissage. Il peut aussi être conçu sous la forme d'un guide 10 d'onde plan de section rectangulaire, la propagation de la lumière dans ce type de guide d'onde étant très similaire à celle dans une fibre optique. Dans ce cas, il est obtenu par empilement d'une ou plusieurs couches minces sur un substrat plan : le dépôt de couche(s) mince(s) peut s'effectuer selon de nombreuses technologies, comme l'évaporation, le dépôt assisté par faisceau d'ions, la pulvérisation, le dépôt 15 par vapeur chimique, etc., avec des matériaux comme les oxydes, les nitrures, les fluorures ou autres. Dans ce cas également, l'inclinaison de sa deuxième extrémité 30 peut être obtenue d'un grand nombre de façons connues, telles que le clivage, le polissage, mais aussi par recouvrement du substrat, avant le dépôt de la ou des couches minces, à l'aide d'un cache mécanique orienté pour obtenir l'inclinaison 20 désirée. D'une façon générale, le guide d'onde incident 24 présente une dimension latérale qui peut aller de quelques fois la longueur d'onde moyenne du faisceau lumineux 20 qu'il est destiné à conduire, jusqu'à quelques millimètres ou centimètres, en restant inférieure à cent mille fois cette longueur d'onde. On remarquera toutefois 25 que cette restriction n'est pas nécessaire pour un guide plan. Dans ce dernier cas, la dimension latérale peut effectivement être infinie, et un faisceau laser traversant ce guide plan n'utilisera que la surface dont il a besoin, du même ordre de grandeur que le faisceau incident à l'entrée du guide. Le fonctionnement du capteur optique de la figure 1 est assuré de la façon 30 suivante. Une partie du faisceau lumineux 20 réfléchi contre la face incidente 30 est retournée par diffusion par le guide d'onde 24 vers le dispositif d'émission/réception 18 et plus précisément vers son détecteur de lumière réfléchie ou rétrodiffusée. L'angle d'incidence étant fixé, on choisit tout d'abord la longueur d'onde donnant lieu à une résonance en l'absence de cible (polluant ou contaminant) dans le milieu à 35 tester, et on étalonne le signal de mesure. Puis, lorsque la présence d'une cible 3052872 9 modifie l'indice de réfraction du milieu à tester, la résonance est modifiée, ce qui modifie également le signal de mesure. Cette modification peut être analysée en intensité ou en phase. Le cas échéant, si la source de lumière en entrée de guide d'onde est accordable, plusieurs longueurs d'ondes peuvent être émises jusqu'à 5 retrouver une nouvelle résonance : dans ce cas, c'est le décalage en longueur d'onde de la résonance qui décèle et caractérise la présence de cible. De façon équivalente, si un spectre de raies peut être émis par la source de lumière, il suffit d'en observer la modification spectrale à l'aide d'un spectrophotomètre formant alors le détecteur de lumière réfléchie ou rétrodiffusée. 10 En variante, plutôt que d'analyser la lumière rétrodiffusée, on peut recueillir la luminescence du milieu à tester, laquelle est exaltée par le fort champ électromagnétique sur la face de substrat 14 lorsque cette dernière est la face arrière de la dernière couche mince du réflecteur optique résonant 12. Pour limiter les effets de la diffraction, le capteur optique 10 peut être amélioré 15 comme illustré sur la figure 2. Dans ce cas, on mesure la lumière réfléchie contre la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12, pas la lumière rétrodiffusée. Le capteur optique amélioré 10' représenté schématiquement sur cette figure comporte les mêmes éléments 12, 22, 24 et 28 que le capteur optique 10, mais s'en distingue par les éléments suivants : 20 - le dispositif 18 d'émission/réception de lumière est remplacé par un dispositif d'émission 18' n'incluant qu'une source de lumière sans détecteur, - un dispositif de réception 32 incluant un détecteur de lumière réfléchie et indépendant du dispositif d'émission 18' est ajouté, 25 - l'unité de traitement 22 est couplée avec le détecteur du dispositif de réception 32 pour extraire du signal de mesure qu'il fournit une information sur la présence éventuelle d'au moins une cible dans le milieu à tester, - un guide d'onde supplémentaire 34 est conçu et disposé entre la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12 et le détecteur du dispositif 30 de réception 32 pour conduire une réflexion 36 du faisceau lumineux 20 contre la face incidente 16 vers le détecteur, en maintenant la divergence angulaire et la bande spectrale du faisceau réfléchi 36 inférieures aux valeurs prédéterminées souhaitées, par exemple 1 milliradian, ou de préférence une fraction de milliradian, pour la divergence angulaire et 1 3052872 10 nanomètre, ou de préférence quelques picomètres, pour la bande spectrale. Plus précisément, le guide d'onde supplémentaire 34 présente une première extrémité 38 couplée au dispositif de réception 32 de façon connue en soi, à l'aide 5 d'un connecteur dédié 40 similaire au connecteur 28, et une deuxième extrémité inclinée 42 en contact surfacique avec la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12. Cette deuxième extrémité 42 est disposée de façon symétrique à la deuxième extrémité 30 du guide d'onde incident 24 par rapport à la normale à la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12, de manière à récupérer complètement 10 la réflexion 36 du faisceau lumineux incident 20 dans le coeur du guide d'onde supplémentaire 34. Le phénomène de diffraction ou de diffusion est ainsi évité. Concrètement, les deux extrémités inclinées 30 et 42 des deux guides d'ondes incident 24 et supplémentaire 34 sont préparées chacune en fabrication, par clivage, polissage ou autre : 15 - selon une première surface plane de contact avec la face incidente 16 du réflecteur optique résonant 12, et - selon une deuxième surface plane de contact entre les deux guides d'ondes 24 et 34, cette deuxième surface plane étant perpendiculaire à la première. 20 On notera que le positionnement puis le collage éventuel des deux extrémités 30, 42 de guides d'ondes 24, 34 contre la face incidente 16 et entre elles relèvent de techniques bien connues. Les performances en détection du capteur optique 10' sont illustrées en figure 3, conformément aux résultats d'un test expérimental qui a été réalisé. Deux fibres 25 optiques monomodes en silice ont été utilisées pour former les guides d'ondes incident 24 et supplémentaire 34 du capteur 10'. Celui-ci a été plongé dans une solution S1 d'indice de réfraction égal à 1,3 puis dans une solution S2 d'indice de réfraction égal à 1,301 (présence d'une cible polluante ou contaminante). La courbe en trait plein montre une résonance du réflecteur optique résonant 30 12 à une longueur d'onde moyenne À1 = 633 nm (plus généralement du domaine du visible ou proche infrarouge par exemple) dans la solution S1, tandis que la courbe en pointillés montre une résonance du réflecteur optique résonant 12 à une longueur d'onde moyenne À2 = 636,8 nm (proche de À1, le décalage étant d'autant plus grand que la résonance est piquée) dans la solution S2. Ces deux longueurs d'ondes sont 35 aisément distinguables, car la sensibilité du capteur optique 10' permet de déceler 3052872 11 une différence 3,À = À2 - À1 de l'ordre du picomètre. Les deux courbes montrent en outre que la bande de résonance du réflecteur optique résonant 12 présente un facteur de qualité très élevé : il peut notamment être de l'ordre de 104, voire supérieur ou égal à cette valeur. 5 Il convient également de remarquer que le capteur optique 10', tel que réalisé à l'aide de fibres optiques dans le cadre expérimental de la figure 3, peut être aisément miniaturisé et présente une souplesse (due à l'extrême flexibilité adiabatique des fibres optiques) qui permet d'envisager de multiples applications. En particulier, le réflecteur optique résonant 12 en bout de fibres peut être augmenté par 10 un système micro fluidique similaire aux systèmes existants utilisant les plasmons ou bien être plongé directement dans la solution à analyser. Il en résulte qu'un tel capteur optique peut être employé pour accéder à des endroits hostiles sans risques pour un utilisateur, les fibres optiques monomodes permettant des transmissions sur plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres. Des applications in vivo, en 15 endoscopie par exemple, peuvent aussi être imaginées. Il apparaît clairement qu'un capteur optique tel que l'un de ceux décrits précédemment permet d'exploiter de façon optimale les propriétés d'exaltation électromagnétique d'un réflecteur optique résonant en conduisant le faisceau optique incident, voire également le faisceau optique réfléchi ou diffusé, de façon optimale à 20 l'aide d'au moins un guide d'onde à extrémité inclinée. L'usage de fibres optiques pour former les guides d'ondes améliore encore les propriétés d'un tel capteur. En effet, les fibres recouvertes peuvent être fabriquées en grande quantité et à bas coût. Elles peuvent en outre être placées dans une enceinte à vide dans laquelle est fabriqué le réflecteur optique résonant. Il convient en outre de noter que le capteur 25 optique obtenu peut éventuellement être facilement nettoyé après usage en extrémité de fibre optique par injection d'ondes à fréquences ultraviolettes. On notera par ailleurs qu'il est possible de disposer une grande quantité de guides d'ondes incidents et supplémentaires, sous forme de faisceaux incidents et supplémentaires. On peut par exemple utiliser un faisceau de fibres incidentes 30 recouvertes d'un même revêtement multicouche ou de revêtements différents, ceux- ci pouvant être ajustés pour résonner en fonction de cibles différentes et d'autres longueurs d'ondes. Ces revêtements peuvent être aussi fonctionnalisés pour mieux cibler les milieux à tester. Il est possible d'envisager ainsi jusqu'à près d'un millier de fibres optiques disposées en faisceau incident. 3052872 12 Bien que le réflecteur optique résonant 12 employé dans le capteur puisse être conçu conformément à l'enseignement de l'article de Lereu et al cité précédemment, il peut lui aussi être amélioré comme cela va maintenant être détaillé, conformément à la présente invention, en référence aux figures 4 à 7. 5 Le réflecteur 12 illustré sur la figure 4 est disposé de telle sorte que sa face de substrat 14 est sa face inférieure et que sa face incidente 16 est sa face supérieure. Il comporte un substrat diélectrique 44, dont la face inférieure est la face de substrat 14, et une pluralité 46 de couches minces successives de matériaux diélectriques disposée sur ce substrat 44, entre une première couche mince 48 en contact avec le 10 substrat 44 et une dernière couche mince 50 dont la face supérieure est la face incidente 16 destinée à être éclairée. La figure 4 n'étant que schématique pour une compréhension claire de l'invention, il convient de noter que les échelles de dimensions relatives des différentes couches ne sont pas respectées. On notera également que le substrat 44 peut être simplement constitué d'air ou d'un milieu à 15 tester comme dans l'exemple des figures 1 et 2. Dans ce cas la face de substrat 14 se confond avec la face de la première couche mince 48 en contact avec le substrat 44. Conformément à l'invention, pour un angle d'incidence 00 et une longueur d'onde prédéterminés d'éclairage de la face incidente 16 en régime de réflexion 20 totale du réflecteur optique résonant 12 : - l'indice de réfraction np et l'épaisseur ep de la première couche mince 48 sont choisis de sorte qu'elle constitue, avec le substrat 44, un nouveau substrat équivalent 52 d'admittance nulle, et - lesdites couches minces successives à partir de la deuxième, identifiée par 25 la référence 54, sont accordées entre elles de manière à constituer un miroir quart-d'onde 56 adapté à l'incidence d'éclairement. On constate en effet que dans ce cas, de façon surprenante, il est possible d'atteindre des niveaux d'exaltation électromagnétique très élevés au niveau de la première couche mince 48, notamment largement au-delà des trois décades 30 mentionnées précédemment. Le résultat obtenu sur un exemple de réalisation est illustré par la figure 5 et montre une amplification géante de l'ordre du million. Une telle performance peut être atteinte dans l'hypothèse où le composant réflecteur n'est pas lui-même dégradé par cette valeur élevée, et pour des conditions d'illumination idéales avec divergence angulaire et largeur spectrale négligeables (typiquement une 35 fraction de milliradian pour la divergence angulaire, et moins de 50 picomètres pour la 3052872 13 largeur spectrale). L'axe des abscisses commun aux deux diagrammes illustrés représente la profondeur en nanomètres dans le réflecteur optique résonant 12 à partir de sa face incidente 16. L'axe des ordonnées du diagramme supérieur représente l'exaltation électromagnétique et celui du diagramme inférieur les 5 variations d'indice de réfraction. Ce résultat surprenant peut malgré tout être démontré. En considérant que chaque couche mince de la pluralité 46 est linéaire, isotrope, homogène et amagnétique, les champs électriques E et magnétiques H tangentiels à deux interfaces successives (i-1) et (i) sont reliés par la relation 10 suivante : Ei_l cos (Si - 7 sin ai et (H,-1) = Mi (11,) avec Mi = -Int sin (Si cos (Si tir (Si = -À ni cos Ot et 0 où ni et et sont respectivement l'indice de réfraction et l'épaisseur de la i-ème couche mince en commençant par la couche incidente, O, est l'angle d'incidence à l'interface supérieure de cette i-ème couche mince et nl est l'indice effectif de réfraction égal à 15 ni cos O en mode de propagation transverse électrique TE et à ni /cos O en mode de propagation transverse magnétique TM. Le fait que les couches minces de la pluralité 46, au moins à partir de la deuxième couche 54, soient accordées entre elles de manière à former le miroir quart-d'onde 56 simplifie l'écriture de la matrice Mi en imposant (Si = ir/2, c'est-à-dire 20 ni cos O et = À0/4 : (0 1 Mi = - nl 0 On peut alors considérer plusieurs structures de couches pour former le réflecteur optique résonant 12 incluant le miroir quart-d'onde 56 accordé à l'angle d'incidence 00 et à la longueur d'onde À0. Une première structure est notée Q1 = (LH)NS et comporte : la couche de substrat 44 notée S et N paires de couches 25 successives notées respectivement H et L pour distinguer les couches H d'indice de réfraction nH le plus élevé et les couches L d'indice de réfraction ni, le plus bas. Par convention dans la suite de la description, la première couche mince 48 porte l'indice p = 2N et est d'indice de réfraction np = nH. Selon les mêmes notations, une deuxième structure possible est notée Q2 = (HL)NS et comporte : la couche de 3052872 14 substrat 44 notée S et N paires de couches successives L et H. La première couche mince 48 porte alors l'indice p = 2N et est d'indice de réfraction np = nL. Une troisième structure possible est notée Q3 = H(LH)NS et comporte : la couche de substrat 44 notée S, N paires de couches successives H et L ainsi qu'une dernière 5 couche H. La première couche mince 48 porte alors l'indice p = 2N + 1 et est d'indice de réfraction np = nH. Une quatrième structure possible est notée Q4 = L(HL)NS et comporte : la couche de substrat 44 notée S, N paires de couches successives L et H ainsi qu'une dernière couche L. La première couche mince 48 porte alors l'indice p = 2N + 1 et est d'indice de réfraction np = nL. 10 En notant a = IQ sin Bi l'invariant de Snell-Descartes avec ki = (27/1.10)ni, l'accord quart-d'onde des couches minces impose également a 1. Or la relation de récurrence d'une couche à l'autre pour l'admittance s'écrit : -Int sin ôt + lit cos ôt = cos ai jlit sin ce qui s'annule à l'aide de la première couche mince 48 d'indice p en assurant : -pi?, sin ap + Ys cos ap = 0 , 5 soit : Ys tana = nP Une telle relation peut être vérifiée lorsque l'admittance Ys est imaginaire pure, ce qui est le cas en réflexion totale interne, c'est-dire lorsque a > ks, soit ks 1, de sorte que les structures Q2 et Q4 sont 20 appropriées pour l'obtention d'une exaltation électromagnétique décuplée. En mode de propagation TM, cela dépend de la position de l'invariant o par rapport au paramètre a, = kH - k4kH2 + kL2. Si 1, de sorte que les structures Q2 et Q4 sont appropriées pour l'obtention d'une exaltation électromagnétique décuplée. Si o > ac, alors fi REVENDICATIONS1. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') comportant un substrat diélectrique (44 ; 58) et une pluralité (46 ; P1, P2) de couches minces successives de matériaux diélectriques disposée sur ce substrat (44 ; 58), entre une première couche mince (48 ; 60) en contact avec le substrat (44 ; 58) et une dernière couche mince (50 ; 66) présentant une face incidente libre (16 ; 16') destinée à être éclairée, caractérisé en ce que, pour un angle d'incidence (00; 01, 02) et une longueur d'onde (À0 ; À1, À2) prédéterminés d'éclairage de la face incidente (16 ; 16') en régime de réflexion totale du réflecteur optique résonant (12 ; 12') : - l'indice de réfraction et l'épaisseur de la première couche mince (48 ; 60) sont choisis de sorte qu'elle constitue, avec le substrat (44 ; 58), un nouveau substrat équivalent (52 ; 68) d'admittance nulle, et - lesdites couches minces successives à partir de la deuxième (54 ; 70) sont accordées entre elles de manière à constituer un miroir quart-d'onde (56 ; 72). 2. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon la revendication 1, dans lequel l'annulation de l'admittance du nouveau substrat équivalent (52 ; 68) est obtenue en assurant la relation suivante : tan= np avec : 2n- 8P =nP cos OP eP ' où .10 est la longueur d'onde prédéterminée d'éclairage, np et ep sont respectivement l'indice de réfraction et l'épaisseur de la première couche mince (48 ; 60), Op est l'angle d'incidence sur la première couche mince (48 ; 60), avec 11, l'admittance du substrat (44 ; 58), et avec npun indice effectif de réfraction de la première couche mince (48 ; 60), défini de la façon suivante : l'indice effectif de réfraction nl d'un milieu i est égal à ni cos O en mode de propagation transverse électrique TE et à ni /cos O en mode de propagation transverse magnétique TM, O étant l'angle d'incidence à une interface du milieu i considéré. 3. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon la revendication 2, dans lequel le substrat diélectrique (44 ; 58) est lui-même constitué d'un unique matériau /m(11,) 3052872 23 diélectrique d'indice de réfraction ns, l'admittance 11, étant alors égale à l'indice effectif de réfraction correspondant ns de manière à vérifier la relation suivante : /m(71,) 4. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le substrat diélectrique (44 ; 58) est lui-même constitué d'une autre pluralité de 5 couches minces successives de matériaux diélectriques. 5. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite pluralité de couches minces successives comporte au moins dix couches minces successives de matériaux diélectriques alternés pour une épaisseur totale inférieure à dix micromètres. 10 6. Réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite pluralité (46 ; P1, P2) de couches minces successives comporte des couches minces successives alternées de pentoxyde de tantale et de dioxyde de silicium 7. Réflecteur optique résonant (12') selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 6, comportant M pluralités (P1, P2) de couches minces successives de matériaux diélectriques disposées sur le substrat, M 2, dans lequel chaque pluralité (P1, P2) de couches minces successives, notée Pm où 1 m M, comporte : - une première couche mince inférieure (60, 64) dont l'indice de réfraction et l'épaisseur sont choisis de sorte qu'elle constitue, avec 20 chaque autre pluralité (P1) de couches minces éventuellement disposée entre elle (P1, P2) et le substrat (44 ; 58), un nouveau substrat équivalent (68, 74) d'admittance nulle, - plusieurs autres couches minces supérieures accordées entre elles de manière à constituer un miroir quart-d'onde (72, 78), 25 pour un angle d'incidence (01, 02) et une longueur d'onde (À1, À2) prédéterminés d'éclairage de la face incidente (16') en régime de réflexion totale du réflecteur optique résonant (12') qui sont propres et spécifiques à cette pluralité (P1, P2) Pm de couches minces successives. 8. Capteur optique (10 ; 10') de cibles dans un milieu à tester (S1, S2), 30 comportant : - un réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, présentant une face de substrat (14 ; 14') destinée à être en contact avec le milieu à tester, tan= np 3052872 24 - une source de lumière (18 ; 18') disposée de manière à éclairer la face incidente (16 ; 16') du réflecteur optique résonant (12 ; 12') à l'aide d'un faisceau lumineux (20) et à obtenir une réflexion totale de ce faisceaux lumineux contre cette face incidente (16 ; 16') à toutes 5 les longueurs d'ondes lumineuses y compris dans une bande de résonance du réflecteur optique résonant (12 ; 12'), - un détecteur de lumière réfléchie (18 ; 32) pour la fourniture d'au moins un signal de mesure, et - une unité de traitement (22) du signal de mesure pour en extraire une 10 information sur la présence d'au moins une cible dans le milieu à tester (S1, S2). 9. Dispositif d'amplification laser (80) comportant un réflecteur optique résonant (12 ; 12') selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le substrat diélectrique ou l'une des couches minces successives de matériaux 15 diélectriques du réflecteur optique résonant est constitué d'un matériau actif réagissant à l'excitation d'une micro-source laser (82).