Brevet FR3064375A1 — publié le 20180928

La présente invention concerne le domaine technique des capteurs optiques utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, ce réseau de diffraction couplant une onde incidente à un plasmon de surface ou à un mode de guide d'onde diélectrique. Le dispositif capteur selon l'invention trouve de nombreuses applications notamment dans les domaines du contrôle de surfaces, du suivi de processus technologiques de production en surface, de la biologie, de la santé, du contrôle environnemental ou alimentaire pour détecter par exemple des agents et/ou polluants chimiques et/ou des agents biologiques. Dans l'état de la technique, il est connu un type de capteur chimique utilisant comme mode de détection la résonance de plasmons de surface (SPR). Le principe repose sur la sensibilité d'une onde évanescente (mode de plasmons) se propageant à l'interface métal/ (air, diélectrique ou couche fonctionnelle), cette onde étant caractérisée par un fort champ électromagnétique sur une distance d'une fraction de la longueur d'onde. Dans un capteur plasmonique, la résonance du couplage au mode de plasmon se manifeste par une chute du coefficient de réflexion (donc un large creux dans le spectre angulaire) nécessitant un balayage mécanique de l'angle d'incidence ou une analyse spectroscopique pour évaluer quantitativement l'effet d'une variation d'une quantité d'un mesurande (physique, chimique ou biologique) les rendant complexes et coûteux. De manière analogue, pour un capteur à guide d'onde avec réseau, la résonance du couplage à un mode de propagation du guide d'onde se manifeste par un pic étroit de réflexion nécessitant soit un balayage de l'angle d'incidence à une longueur d'onde fixe soit un balayage de la longueur d'onde à un angle d'incidence fixe pour évaluer quantitativement une variation du mesurande. Des travaux récents publiés dans la référence, 3. Sauvage-Vincent, Y. Jourlin, V. Petiton, A.V. Tishchenko, I. Verrier, O. Parriaux, « Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders", Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014 décrivent un effet nouveau de 3064375 2 commutation entre les ordres propagatifs 0 et -1 d'un réseau de diffraction sous l'effet du couplage du mode de plasmon par les ordres +1 et -2. Cet effet de commutation a été étendu à un guide d'onde diélectrique déposé sur une surface métallique, conformément aux travaux publiés dans 5 la référence O. Parriaux, "Guide-mode triggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide", 3. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015. L'explication phénoménologique de cet effet a été décrite par une approche de modes couplés dans la publication A.V. Tishchenko, 0. Parriaux, 10 « Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and - lst orders of a metal grating », IEEE Photonics J., Aug. 2015. L'effet de commutation décrit par ces trois publications met en oeuvre une source de lumière émettant une onde collimatée incidente de longueur d'onde X, se propageant dans un milieu incident et faisant, dans ce milieu 15 incident, un angle d'incidence 0 avec la normale à une structure planaire pour l'excitation d'une onde optique de surface étant soit le mode plasmon soit un mode de guide d'ondes. Cette structure planaire comporte un réseau de diffraction périodique de période A , agencé pour : - coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous 20 l'angle d'incidence 0+1, à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous l'angle d'incidence 0_2, à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence 0.1 et 0.2 étant liés à l'angle de Littrow OL dans le milieu incident 25 pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivante : 2 sinOL= sin 0.1+ sin 0_2; - que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction du dispositif ayant un caractère propagatif c'est-à-dire une onde qui se propage dans le milieu incident, 30 - que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée, la relation d'égalité suivante : 32.,---2Ane, avec ne l'indice effectif du mode de la structure planaire, 3064375 3 - présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0..2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angle de Littrow OL, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 5 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow OL. La référence Kouki Ichihashi, Yasuhiro Mizutani, and Tetsuo Mata, "Enhancement of the Sensitivity of a Diffraction-Grating-Based Surface 10 Plasmon Resonance Sensor Utilizing the first and Negative-Second-Order Diffracted Lights", OPTICAL REVIEW Vol 21 n°5 (2014) 728-731, décrit un capteur de plasmon utilisant comme ordres de diffraction l'ordre 1 et l'ordre - 2. Ce capteur comporte une barrette sensible montée pour intercepter les faisceaux diffractés réfléchis permettant, à partir de la déflexion angulaire, 15 de mesurer l'indice de réfraction d'un matériau. Cette référence ne met pas en oeuvre l'effet de commutation et ne fait qu'exciter le mode de plasmon par les ordres +1 et -2 en observant l'effet du couplage plasmon sur le seul ordre 0 réfléchi. Si cette solution permet de renforcer la sensibilité de détection, un inconvénient de cette solution a trait à sa grande sensibilité 20 aux variations d'intensité de la source lumineuse ou de température. Un autre inconvénient est que l'effet du couplage au mode de plasmon se traduit par un creux dans le spectre réfléchi tout comme lors de l'excitation du mode de plasmon par l'ordre +1 ou -1. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des 25 techniques antérieures en proposant un nouveau dispositif capteur pour un mesurande utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, ce nouveau dispositif capteur présentant une meilleure sensibilité tout en étant relativement simple à mettre en oeuvre. Pour atteindre un tel objectif, le nouveau dispositif capteur selon 30 l'invention comporte: - une source de lumière émettant une onde collimatée incidente de longueur d'onde X, se propageant dans un milieu incident d'indice de 3064375 4 réfraction nd, et faisant, dans ce milieu incident, un angle d'incidence 0 avec la normale à une structure planaire ; - une structure planaire pour la propagation d'une onde optique de surface, et présentant un indice effectif ne, cette structure planaire 5 comportant au moins un réseau de diffraction périodique de période A, agencé pour : - coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous l'angle d'incidence 0+1 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous 10 l'angle d'incidence 0_2 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence 0+1 et 0.2 étant liés à l'angle de Littrow OL dans le milieu incident pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivante: 2 sinOL= sin 0,1+ sin 0_2 ; 15 - que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction ayant un caractère propagatif (non-évanescent) dans la structure planaire, - que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée K, la relation d'égalité suivante : 3x=2Ane, 20 - présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0_2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angle de Littrow 0L, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première 25 position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow 0L. Selon l'invention, le dispositif capteur comporte un détecteur de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire, disposé pour récupérer au moins l'un des faisceaux diffractés 30 réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur mesurant, pour au 3064375 5 moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de 5 l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, la source de lumière émet des ondes incidentes selon des angles d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la deuxième position 10 angulaire nominale d'incidence et le détecteur mesure, pour cette première et cette deuxième positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, de sorte que l'unité de traitement évalue le mesurande à partir de ces mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits 15 faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et 4. Selon ce mode préféré, l'unité de traitement évalue le mesurande à partir d'une comparaison des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et 4, avec une caractérisation ou calibration préalable de la réponse du détecteur donnant les mesures des 20 intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1 en fonction de l'évolution du mesurande. Selon une variante avantageuse de réalisation, le détecteur de mesure est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et 4 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente 25 un angle d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour 30 évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 3064375 6 Avantageusement, le détecteur de mesure est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la 5 deuxième position angulaire d'incidence, le détecteur mesurant, pour ces deux positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure étant relié à une unité de traitement adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits 10 faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. Selon une caractéristique de l'invention, l'unité de traitement est adaptée pour détecter le mesurande à partir de la différence des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 15 Typiquement, le réseau de diffraction de la structure planaire est agencé pour présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente une valeur nulle en tant que minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0_2. Selon une variante de réalisation, la source de lumière émet une onde 20 incidente de polarisation transverse magnétique et en ce que le réseau de diffraction est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau E, l'onde optique de surface étant le mode de plasmon de surface se propageant à l'interface entre la surface métallique 25 et le milieu incident, avec 3k > 2Ane et ne étant l'indice effectif du mode de plasmon se propageant le long de l'interface surface métallique/milieu incident. Selon une autre variante de réalisation, la source de lumière émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse 30 électrique et en ce que le réseau de diffraction est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau et en 3064375 7 ce que la structure planaire comporte une couche diélectrique comme guide d'onde optique. Selon une autre variante de réalisation, la source de lumière émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse 5 électrique et en ce que le réseau de diffraction comporte une couche tampon entre une surface métallique et une couche diélectrique intégrant le réseau de diffraction périodique et formant le guide d'onde optique. Pour la détermination de la plage de tolérance K, la structure planaire comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi-conducteur associé à un 10 réseau de diffraction, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K 3 nex, où 2K=3Kg-2ko.ne avec K>0. De même, la structure planaire comporte un guide d'onde diélectrique 15 ou de semi-conducteur associé à un réseau de diffraction, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K 3 nex, où 2K .2kene - 3Kg avec K>0. 20 Selon une autre variante de réalisation, la structure planaire comporte un milieu incident solide présentant un indice de réfraction ne>3 nex, le milieu incident solide comprenant à sa base, une couche diélectrique intégrant le réseau de diffraction et formant le guide d'onde optique, le réseau de diffraction recevant la couche fonctionnelle et se trouvant en contact avec le 25 milieu extérieur d'indice de réfraction nex. Selon une application préférée de l'invention, la structure planaire de diffraction est pourvue d'une couche fonctionnelle changeant d'indice de réfraction en présence, en tant que mesurande, d'une espèce chimique ou biologique et en ce que l'unité de traitement évalue en tant que mesurande, 30 une espèce chimique ou biologique. Selon une autre application préférée de l'invention, l'unité de traitement évalue en tant que mesurande, également la température de la 3064375 8 surface planaire en relation avec le changement de la période du réseau de diffraction. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre 5 d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La figure 1 est une vue générale d'un dispositif capteur conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'une structure planaire avec un réseau de diffraction dont l'ondulation couple une onde 10 plasmonique de surface. La figure 3 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de plasmon par les ordres +1 et -2 du réseau. La figure 4 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de 15 diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique par les ordres +1 et -2 du réseau. Les figures 5 et 6 sont des coupes schématiques de variantes de réalisation de structures planaires pour un réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique. 20 La figure 7 illustre les spectres angulaires des ordres réfléchis de diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction et explicitant le principe de mesure conforme à l'invention. La figure 8 illustre en fonction du temps les variations des signaux de mesure de l'intensité des spectres angulaires des ordres réfléchis de 25 diffraction 0 et -1 du réseau de diffraction. La figure 9 illustre une autre variante de réalisation d'une structure planaire pour un réseau de diffraction correspondant à une excitation de mode de guide d'onde diélectrique. Tel que cela ressort plus précisément de la figure 1, l'objet de 30 l'invention concerne un dispositif capteur 1 utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, et visant à détecter, évaluer ou mesurer un mesurande au sens général. Le dispositif capteur 1 selon 3064375 9 l'invention trouve de nombreuses applications dans les domaines du contrôle de surfaces, du suivi de processus technologiques de production en surface, en particulier de la biologie, de l'environnement ou de l'agroalimentaire en vue de détecter, mesurer ou évaluer un mesurande, par exemple, physique, 5 chimique ou biologique. Typiquement, le dispositif capteur 1 selon l'invention permet de détecter, mesurer ou évaluer une espèce chimique ou biologique, une température, un indice de réfraction, une grandeur physique et/ou une modification physico-chimique de la surface. Le dispositif capteur 1 selon l'invention comporte une source de 10 lumière 2 émettant une onde incidente F de longueur d'onde 7.. Le faisceau émis par la source de lumière 2 est préférablement monochromatique et collimaté comme par exemple le faisceau émis par un laser à semi- conducteur de type émetteur par la tranche ou de type VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) muni d'une microlentille de collimation. La 15 source de lumière 2 émet une onde collimatée c'est-à-dire une onde plane avec une très faible divergence, comme cela sera décrit en détail dans la suite de la description. L'onde incidente F émise par la source de lumière 2 se propage dans un milieu incident 3 d'indice de réfraction nd, et fait, dans ce milieu incident, 20 un angle d'incidence 0 avec la normale N à une structure planaire 4. Cette structure planaire 4 est adaptée pour la propagation d'une onde optique de surface d'indice effectif ne et comporte au moins un réseau de diffraction 5 périodique de période A et de profondeur d. Cette structure planaire 4 est également pourvue avantageusement d'une couche fonctionnelle 6 25 changeant d'indice de réfraction ou d'épaisseur en fonction du mesurande, comme cela sera expliqué dans la suite de la description. Le dispositif capteur 1 selon l'invention comporte également un détecteur 7 de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire 4. Ce détecteur de mesure 7 est relié à un calculateur ou 30 une unité de traitement 9 adapté pour évaluer ou mesurer le mesurande à partir des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis. 3064375 10 Le dispositif capteur 1 selon l'invention met en oeuvre un effet nouveau de commutation décrit dans la publication (1), I Sauvage-Vincent, Y. Jourlin, V. Petiton, A.V. Tishchenko, L Verrier, O. Parriaux, « Low-loss plasmon-triggered switching between reflected free-space diffraction orders", 5 Optics Express, Vol. 22, pp. 13314-32, 2014. Cet effet nouveau est exhibé par une surface métallique ondulée où l'ondulation couple une onde incidente de polarisation TM (transverse magnétique) au plasmon de surface. Ce nouveau principe de commutation basé sur un effet électromagnétique, a été étendu à un guide d'onde diélectrique déposé sur 10 une surface métallique, conformément aux travaux publiés dans la publication (2), 0. Parriaux, "Guide-mode triggered switching between TE orders of a metal-based grating-waveguide", J. European Optics Society Rapid Publications, Vol. 10, 2015. L'explication phénoménologique de cet effet a été décrite par une 15 approche de modes couplés dans la publication (3), A.V. Tishchenko, 0. Parriaux, « Analysis of the low-loss plasmon-triggered switching between the Oth and -1st orders of a metal grating », IEEE Photonics J., Aug. 2015. La description qui suit reprend d'abord le principe de l'effet de bascule ou de commutation induit par un couplage de mode de plasmon. Le principe 20 de l'effet de bascule est présenté dans le cas d'une seule interface air-métal qui a été démontré expérimentalement et analysé. Tel que cela ressort de la figure 2, l'onde incidente F est une onde incidente de polarisation transverse magnétique qui se propage dans le milieu incident 3 qui est de l'air, le champ magnétique étant parallèle aux lignes du réseau de diffraction 5 comme 25 expliqué dans les trois publications 1 à 3 citées ci-dessus. La structure planaire 4 comporte un substrat homogène 11 de support du réseau de diffraction 5 qui est une ondulation d'une surface métallique. Ainsi, selon un premier exemple de réalisation, le substrat 11 est métallique en présentant en surface une ondulation périodique. Selon un deuxième 30 exemple de réalisation, le substrat 11 est réalisé en un matériau diélectrique tel que du verre, revêtu par une couche métallique telle que de l'or. Cette couche métallique ondulée possède une épaisseur E supérieure à l'épaisseur 3064375 11 de peau c'est à dire supérieure à l'expression a1t-VIEml où lEml est le module de la permittivité du métal. Le substrat homogène 11 est adapté pour ne propager en transmission aucune onde optique résultant de l'interaction de l'onde 5 incidente avec le réseau de diffraction. En d'autres termes, l'interface entre la surface planaire 4 et le substrat 11 est équivalente à un miroir. La configuration nominale du système optique est l'incidence de Littrow pour l'ordre -1 du réseau de diffraction 5 sous l'angle de Littrow oL pour l'onde incidente, donné par 10 sin01. = Xend A) (1), où X est la longueur d'onde et A la période du réseau de diffraction 5 sinusoïdal, nd l'indice de réfraction du milieu incident 3. L'expression (1) est dérivée de la définition de l'angle de Littrow OL pour l'ordre -1 : 15 Kg = 2 kondsin0L(2) où Kg = 2n/A. Une onde plane d'espace libre de polarisation Transverse Magnétique est incidente sur le réseau de diffraction 5. La période A du réseau de diffraction 5 est choisie par rapport à la longueur d'onde x, telle que la 20 relation d'inégalité suivante est satisfaite : 3Kg> 2kone (3) où k0 = 27-L/7, et ne est l'indice effectif du mode de plasmon se propageant le long de l'interface surface métallique/diélectrique, ne = Re[(cdcm/(cd +cm))]1r2 (4) 25 où Ed = nd2 et Em sont les permittivités complexes du milieu incident 3 et du métal à la longueur d'onde X. L'indice effectif d'un mode de plasmon n'est que très peu supérieur à l'indice de réfraction nd du milieu incident 3. Sous la condition d'inégalité ci-dessus où 3K9 est seulement légèrement plus grand que 2kone, un petit 30 changement de l'angle d'incidence o autour de l'angle de Littrow permet le couplage du mode de plasmon dans le sens copropagatif par l'ordre +1 et 3064375 12 dans le sens contrapropagatif par l'ordre -2. Cette notion est rendue intelligible dans les cercles d'Ewald de la figure 3 montrant les spectres angulaires des ordres 0 et -1 où la profondeur d du réseau de diffraction 5 a été optimisée pour que la puissance optique diffractée dans les ordres 0 et -1 5 ait zéro comme minima. Les spectres angulaires de la figure 3 montrent que le couplage synchrone du mode de plasmon provoque une chute à 0 de l'efficacité de diffraction de l'ordre -1 et un maximum de l'ordre réfléchi 0 lorsque les deux conditions suivantes sont satisfaites : 10 kond sin0+1= kone - Kg pour le couplage codirectionnel par l'ordre +1 (5) et kond sin0_2= 2K9 - kone pour le couplage contradirectionnel par l'ordre -2 (6), A partir des expressions (5) et (6), il peut être déduit une relation 15 entre les angles 0L, 0+1 et 0-2 : 2 sinOL = sin0+1+ sin0_2, (7) valable pour tout A, 2\, et lici. Substituant dans l'expression (5) Kg par son expression (2) et divisant l'expression résultante par ko on obtient : sin0+1 = ne/nd - 2 sinOL (8) 20 Substituant l'expression de sin0+1 ci-dessus dans l'expression (7), on trouve : sin0_2 = 4sin0L - ne/nd (9). On peut donc maintenant exprimer l'écart angulaire entre le maximum de l'ordre 0 à l'angle de Littrow 0L et les angles 0.2 et 0+1 de l'annulation de 25 l'ordre 0 et du maximum de l'ordre -1 : sin0_2- sinOL= 3sinOL - neind (10) sin0L- sin0+1= 3sinOL - ne/nd (11) Les expressions (10) et (11) expriment que la différence entre les sinus des angles 0.2 et OL et entre les sinus des angles 0 L et 0 +1 sont égales. 30 Cette différence de 3sin0L - ne/nd dépend de l'angle de Littrow OL, que l'on peut choisir par le rapport entre la longueur d'onde incidente X et la période 3064375 13 A du réseau de diffraction par l'expression (1) et de l'indice effectif ne de l'onde de surface couplée. Dans le cas où l'onde de surface est le mode de plasmon à une surface métallique, ne ne peut pas être librement choisi car il est donné par l'expression (4) qui exprime que l'indice effectif ne est 5 déterminé par le métal et sa permittivité ,.,, uniquement pour un milieu incident donné. Voyons encore quelle est la relation entre 0+1 et 0_2 suivant que 3Kg est plus grand que 2kone comme c'est le cas où l'onde de surface est un plasmon (voir expression (3)) ou que 3Kg ou ou 2kone , i.e. 0.2 >0,1 (14) et sin0+1 - sin0.2 est positif lorsque 3Kg 2kone l'angle de couplage 0+1 à l'onde de surface 20 codirectionnelle par l'ordre +1 est le petit angle et l'angle de couplage 0_2 à l'onde de surface contradirectionnelle par l'ordre -2 est le grand angle dans le spectre angulaire. Lorsque 3Kg 2kone alors K est inférieur à Kg/2 avec Kg =2i/A. Dans le cas où 3Kg 3nex, avec nex étant l'indice de réfraction du milieu extérieur en contact avec le réseau de diffraction 5, à savoir l'air ou un milieu liquide par exemple. Le milieu incident solide 3 est un demi-cylindre circulaire, un bloc parallélépipédique ou comme illustré, un prisme présentant à sa base une couche diélectrique llc intégrant le réseau de diffraction 5 et formant le 10 guide d'onde optique d'épaisseur twg. Le réseau de diffraction 5 reçoit la couche fonctionnelle 6 et se trouve en contact avec le milieu extérieur d'indice de réfraction nex. Selon cette variante de réalisation, le réseau de diffraction 5 est situé sur la face de la structure planaire 4 opposée de celle recevant l'onde incidente et émettant les faisceaux diffractés réfléchis par la 15 structure planaire. Selon un exemple de réalisation pour lequel 32,>2A ne, la structure planaire 4 comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi-conducteur associé à un réseau de diffraction 5, assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de 20 réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K 3 nex, où 2K=3K9-2k0.ne avec K>0. Selon un autre exemple de réalisation pour lequel 32, 3 nex, où 2K.2kone - 3K9 avec K>0. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 30 REVENDICATIONS1 - Dispositif capteur pour un mesurande utilisant une onde optique de surface couplée par un réseau de diffraction, ce dispositif comportant : - une source de lumière émettant une onde collimatée incidente (F) de longueur d'onde se propageant dans un milieu incident (3) d'indice de réfraction nd, et faisant, dans ce milieu incident, un angle d'incidence 0 avec la normale à une structure planaire ; - une structure planaire (4) pour la propagation d'une onde optique de surface, et présentant un indice effectif ne, cette structure planaire 10 comportant au moins un réseau (5) de diffraction périodique de période A, agencé pour : - coupler l'onde incidente par son ordre de diffraction +1 sous l'angle d'incidence 0+1 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction générale de l'onde incidente et par son ordre de diffraction -2 sous 15 l'angle d'incidence 0_2 à l'onde optique de surface se propageant dans la direction opposée à la direction générale de l'onde incidente, les angles d'incidence 0+1 et 0_2 étant liés à l'angle de Littrow OL dans le milieu incident pour l'ordre de diffraction -1 du réseau par la relation suivant: 2 sin0L= sin 0÷i+ sin 0_2; 20 - que les ordres de diffraction 0 et -1 du réseau dans le milieu incident soient les seuls ordres de diffraction ayant un caractère propagatif dans la structure planaire (4), - que soit vérifiée, dans une plage de tolérance donnée K, la relation d'égalité suivante : 32,=2Ane, 25 - présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente un minimum pour les angles d'incidence 0+1 et 0_2 et un maximum pour l'angle d'incidence à l'angle de Littrow OL, de sorte que les spectres angulaires de diffraction pour les ordres de diffraction 0 et -1 présentent des points de croisement pour au moins une première 30 position angulaire nominale d'incidence et une deuxième position angulaire nominale d'incidence, consécutives à l'angle d'incidence de Littrow OL, 3064375 25 caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur (7) de mesure de l'intensité des faisceaux diffractés réfléchis par la structure planaire, disposé pour récupérer au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et 1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle 5 d'incidence correspondant à au moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur (7) mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure (7) étant relié à une unité de traitement (9) adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de lumière (2) émet des ondes incidentes selon des angles d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la deuxième position angulaire nominale d'incidence et en ce que le détecteur (7) mesure, pour cette première et cette deuxième positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité d'au moins l'un des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, de sorte que l'unité de traitement (9) évalue le mesurande à partir de ces mesures de l'intensité d'au moins l'un desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 3 - Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'unité de traitement (9) évalue le mesurande à partir d'une comparaison des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, avec une caractérisation préalable de la réponse du détecteur donnant les mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et 4 en fonction de l'évolution du mesurande. 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 30 ce que le détecteur de mesure (7) est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à au 3064375 26 moins une position angulaire nominale d'incidence, le détecteur (7) mesurant, pour au moins cette position angulaire nominale d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure (7) étant relié à une 5 unité de traitement (9) adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le détecteur de mesure (7) est disposé pour récupérer les faisceaux diffractés réfléchis 10 des ordres de diffraction 0 et -1 et séparés spatialement lorsque l'onde incidente présente un angle d'incidence correspondant à la première position angulaire nominale d'incidence et à la deuxième position angulaire d'incidence, le détecteur (7) mesurant, pour ces deux positions angulaires nominales d'incidence de l'onde incidente, l'intensité desdits faisceaux 15 diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1, ce détecteur de mesure (7) étant relié à une unité de traitement (9) adaptée pour évaluer le mesurande à partir des mesures de l'intensité desdits faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en 20 ce que l'unité de traitement (9) est adaptée pour détecter le mesurande à partir de la différence des mesures des intensités des faisceaux diffractés réfléchis pour les ordres de diffraction 0 et -1. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau de diffraction (5) de la structure planaire (4) est agencé 25 pour présenter une profondeur telle que le spectre angulaire de diffraction pour l'ordre -1 présente une valeur nulle en tant que minimum pour les angles d'incidence 0.0 et 0-2. 8 - Dispositif selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que la source de lumière (2) émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique et en ce que le réseau de diffraction (5) est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à l'épaisseur de peau 3064375 27 E, l'onde optique de surface étant le mode de plasmon de surface se propageant à l'interface entre la surface métallique et le milieu incident, avec 31 > 2Ane et ne étant l'indice effectif du mode de plasmon se propageant le long de l'interface surface métallique/milieu incident. 5 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de lumière (2) émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse électrique et en ce que le réseau de diffraction (5) est une ondulation d'une surface métallique présentée par le substrat qui est métallique ou revêtu d'une couche métallique d'épaisseur supérieure à 10 l'épaisseur de peau et en ce que la structure planaire comporte une couche diélectrique comme guide d'onde optique. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la source de lumière (2) émet une onde incidente de polarisation transverse magnétique ou transverse électrique et en ce que le réseau de diffraction (5) 15 comporte une couche tampon entre une surface métallique et une couche diélectrique intégrant le réseau de diffraction périodique et formant le guide d'onde optique. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure planaire (4) comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi- 20 conducteur associé à un réseau de diffraction (5), assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K 3 nex, où 2 K=3Kg-2ko.ne avec K>0. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que 25 la structure planaire (4) comporte un guide d'onde diélectrique ou de semi- conducteur associé à un réseau de diffraction (5), assurant une réflexion totale interne pour tous les ordres de diffraction dans le milieu transmis d'indice de réfraction nex, avec la condition suivante satisfaite K 3 nex, où 2K .2kone - 3Kg avec K>0. 30 13 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la structure planaire (4) comporte un milieu incident solide (3) présentant un indice de réfraction ne>3 nex, le milieu incident solide comprenant à sa base, 3064375 28 une couche diélectrique (11c) intégrant le réseau de diffraction (5) et formant le guide d'onde optique, le réseau de diffraction (5) recevant la couche fonctionnelle (6) et se trouvant en contact avec le milieu extérieur d'indice de réfraction ne,. 5 14 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure planaire de diffraction (4) est pourvue d'une couche fonctionnelle (6) changeant d'indice de réfraction en présence, en tant que mesurande, d'une espèce chimique ou biologique et en ce que l'unité de traitement (9) évalue en tant que mesurande, une espèce chimique ou 10 biologique. 15 - Dispositif selon la revendication 14 caractérisé en ce que l'unité de traitement (9) évalue en tant que mesurande, également la température de la surface planaire en relation avec le changement de la période du réseau de diffraction (5). 15