Towards compact fully integrated sensors based on plasmonic resonance

Résumé

La concentración de ciertas sustancias en nuestro cuerpo pueden determinar la existencia o posibilidad de aparición de algunas enfermedades. Clave para un tratamiento efectivo es la detección prematura de estas enfermedades. Para llevar a cabo este objetivo es necesario tener un sensor de índice de refracción de alta resolución de pequeño tamaño. En este trabajo, se presenta un novedoso diseño basado en el trabajo teórico de Nemova et al. basado en resonancias plasmónicas en una estructura 3D híbrida de metal/dieléctrico. La realización de este innovador sensor depende, además, de la habilidad de fabricar estructuras metálicas periódicas submicrométricas, así como de guías de onda ópticas de bajas pérdidas. Por tanto, esta tesis presenta todas las herramientas necesarias para la fabricación de sensores de índice de refracción ultracompactos y de alta resolución. En la primera parte, se demuestra una novedosa técnica que permite la fabricación de estructuras periódicas en grandes áreas metálicas utilizando litografía por interferencia laser avanzada. En contraste con trabajos anteriores, este método permite la fabricación de estas estructuras submicrométricas que cubren un área de 1 cm2. Además, los resultados experimentales muestran excitación plasmónica superficial. En la segunda parte, se presenta un detallado estudio de las guías de onda utilizando escritura directa con un láser de femtosegundos, al igual que un análisis de las propiedades en función de la profundidad de las guías de onda en el vidrio. Esta sección incluye también un estudio de las diferentes regiones de estabilidad térmicas que se pueden identificar en estas guías de onda. Basado en estos resultados, se demuestra también una novedosa técnica de fabricación de guías de onda integradas con pérdidas de curvatura sin precedentes y perfiles de índices de refracción optimizados. En resumen, estos dos estudios han desarrollado todas las técnicas que, en un futuro cercano, permitirán la fabricación de sensores compactos de índice refracción basados en resonancia plasmónica de alta resolución.