Conception et réalisation d'un capteur interférométrique de déplacement intégré sur substrat silicium et connecté par fibres optiques PDF Download
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CETTE ETUDE AVAIT POUR BUT DE DEMONTRER LA FAISABILITE D'UN NOUVEAU CAPTEUR DE DEPLACEMENT OPTIQUE INTEGRE INTERFEROMETRIQUE, POUVANT ETRE CONNECTE PAR DES FIBRES OPTIQUES MONOMODES, VOIRE MULTIMODES. LA TECHNOLOGIE MISE EN UVRE AU NIVEAU DU CIRCUIT OPTIQUE UTILISE UNE STRUCTURE MULTICOUCHES EPAISSE, DEVELOPPEE SPECIALEMENT AU LABORATOIRE POUR LA CONNECTIQUE PAR FIBRES. CETTE STRUCTURE PRESENTE L'AVANTAGE D'ETRE INSENSIBLE A L'ETAT DE POLARISATION DE LA LUMIERE S'Y PROPAGEANT. POUR TENIR COMPTE DE LA SPECIFICITE DE CETTE NOUVELLE FILIERE TECHNOLOGIQUE, UNE APPROCHE TOTALEMENT NOUVELLE DU CIRCUIT INTERFEROMETRIQUE INTEGRE A ETE NECESSAIRE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS EFFECTUE UNE ETUDE COMPLETE DES COMPOSANTS OPTIQUES DE BASE A INTEGRER DANS LE CIRCUIT, CONDUISANT A LA DEFINITION DES DIFFERENTS NIVEAUX DE MASQUES UTILISES POUR SA REALISATION TECHNOLOGIQUE. LES PROBLEMES DE CONNEXION ENTRE LE CIRCUIT OPTIQUE ET LES FIBRES D'ENTREE ET DE SORTIE SONT AUSSI ETUDIES EN DETAIL. DANS UN SECOND TEMPS, LA CARACTERISATION DES CIRCUITS REALISES NOUS A PERMIS DE DEMONTRER LEUR FAISABILITE, TOUT EN METTANT EN EVIDENCE UN CERTAIN NOMBRE DE PROBLEMES A RESOUDRE POUR AMELIORER LEURS PERFORMANCES. NOUS NOUS SOMMES TOUT PARTICULIEREMENT ATTACHES A LA STABILISATION DE LA REPONSE DU CIRCUIT, ET, A CETTE FIN, DE NOUVEAUX COMPOSANTS INTEGRES FAISANT FONCTION DE FILTRES SPATIAUX ONT ETE DEFINIS. LE PROBLEME DE RETOUR DE LUMIERE (FEEDBACK) VERS LA DIODE LASER EST AUSSI ABORDE, ET DES SOLUTIONS DE MODULES PIGTAILES DIODE-FIBRE SONT PROPOSES. NOUS PRESENTONS ENFIN, UNE VERSION AMELIOREE DU CAPTEUR
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CETTE ETUDE AVAIT POUR BUT DE DEMONTRER LA FAISABILITE D'UN NOUVEAU CAPTEUR DE DEPLACEMENT OPTIQUE INTEGRE INTERFEROMETRIQUE, POUVANT ETRE CONNECTE PAR DES FIBRES OPTIQUES MONOMODES, VOIRE MULTIMODES. LA TECHNOLOGIE MISE EN UVRE AU NIVEAU DU CIRCUIT OPTIQUE UTILISE UNE STRUCTURE MULTICOUCHES EPAISSE, DEVELOPPEE SPECIALEMENT AU LABORATOIRE POUR LA CONNECTIQUE PAR FIBRES. CETTE STRUCTURE PRESENTE L'AVANTAGE D'ETRE INSENSIBLE A L'ETAT DE POLARISATION DE LA LUMIERE S'Y PROPAGEANT. POUR TENIR COMPTE DE LA SPECIFICITE DE CETTE NOUVELLE FILIERE TECHNOLOGIQUE, UNE APPROCHE TOTALEMENT NOUVELLE DU CIRCUIT INTERFEROMETRIQUE INTEGRE A ETE NECESSAIRE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS EFFECTUE UNE ETUDE COMPLETE DES COMPOSANTS OPTIQUES DE BASE A INTEGRER DANS LE CIRCUIT, CONDUISANT A LA DEFINITION DES DIFFERENTS NIVEAUX DE MASQUES UTILISES POUR SA REALISATION TECHNOLOGIQUE. LES PROBLEMES DE CONNEXION ENTRE LE CIRCUIT OPTIQUE ET LES FIBRES D'ENTREE ET DE SORTIE SONT AUSSI ETUDIES EN DETAIL. DANS UN SECOND TEMPS, LA CARACTERISATION DES CIRCUITS REALISES NOUS A PERMIS DE DEMONTRER LEUR FAISABILITE, TOUT EN METTANT EN EVIDENCE UN CERTAIN NOMBRE DE PROBLEMES A RESOUDRE POUR AMELIORER LEURS PERFORMANCES. NOUS NOUS SOMMES TOUT PARTICULIEREMENT ATTACHES A LA STABILISATION DE LA REPONSE DU CIRCUIT, ET, A CETTE FIN, DE NOUVEAUX COMPOSANTS INTEGRES FAISANT FONCTION DE FILTRES SPATIAUX ONT ETE DEFINIS. LE PROBLEME DE RETOUR DE LUMIERE (FEEDBACK) VERS LA DIODE LASER EST AUSSI ABORDE, ET DES SOLUTIONS DE MODULES PIGTAILES DIODE-FIBRE SONT PROPOSES. NOUS PRESENTONS ENFIN, UNE VERSION AMELIOREE DU CAPTEUR
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DANS CETTE THESE NOUS PRESENTONS UN NOUVEAU SYSTEME D'ALIGNEMENT 3D PASSIF ENTRE UN CIRCUIT D'OPTIQUE INTEGREE ET UN RUBAN DE FIBRES OPTIQUES. LE DISPOSITIF DEVELOPPE CONSISTE A REPORTER LES FIBRES ET LE COMPOSANT SUR UNE PLATE-FORME COMMUNE EN SILICIUM. LES FIBRES SONT POSITIONNEES AVEC UNE GRANDE PRECISION DANS DES SILLONS EN V, OBTENUS PAR GRAVURE CHIMIQUE ANISOTROPE DU SILICIUM. L'ALIGNEMENT EST OBTENU GRACE A L'INSERTION DE PLOTS EN FORME DE CHAMPIGNONS REALISES SUR LE COMPOSANT, DANS DES OUVERTURES CORRESPONDANTES AYANT DES GEOMETRIES SPECIFIQUES, ET QUI SONT OBTENUES PAR GRAVURE IONIQUE REACTIVE DANS DES MEMBRANES DE SILICIUM. LES ELEMENTS DE POSITIONNEMENT UTILISES PRESENTENT L'AVANTAGE DE PERMETTRE UNE CONNEXION DEMONTABLE DE N'IMPORTE QUEL TYPE DE COMPOSANT. NOUS AVONS OPTIMISE LE DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS ELEMENTS CONSTITUANTS NOTRE MICRO-CONNECTEUR A LA SUITE D'UNE SIMULATION MECANIQUE DE NOTRE STRUCTURE D'ACCROCHAGE. CETTE ETUDE NOUS A MEME PERMIS D'ETENDRE LA SOLUTION A LA CONNEXION DE COMPOSANTS COURBES. LES MESURES DES TAUX DE COUPLAGE OBTENUES SUR DES GUIDES SISIO 2 ONT CONDUIT A DES RESULTATS PROMETTEURS.
Author: Danping Wang Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 128
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L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser des capteurs de déplacement à fibres optiques, extrinsèques, à modulation d'intensité et de résolution nana étrique. Deux capteurs à fibres optiques ont été conçus, réalisés et étalonnés. Le premier a une résolution de 1,6 ns sur me étendu de mesure de 80 nm avec une bande passante de 10 Hz, il a été étalonné au Laboratoire National d'Essais (Bureau National de Métrologie), les résultats expérimentaux confirme le modèle opto-géométrique basé sur la variation du flux lumineux. Le second a une résolution de 0,6 nm rms sur une étendu de mesure de 120 nm avec une bande passante de 5 z. L'influence de l'angle d'inclinaison du capteur par rapport à la surface du réflecteur ainsi que la sensibilité à la dérive thermique entre 5°C et 40°C ont été modélisées et confirmées pm l'expérience. Pm la suite, un capteur à fibres optiques avec un bras de référence a été conçu pour minimiser l'influence de la dérive thermique et les fluctuations de la puissance optique de l'émetteur. Des mesures d'amplitude de vibration due à un défaut de précession d'un tour d'usinage à paliers magnétiques, de déplacement par effet magnétostrictif et de profil de surfaces usinées à l'outil diamant ont été réalisées et comparées aux résultats obtenus par un microscope interférentiel.
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LES CAPTEURS DE POSITION ET DE DEPLACEMENT SONT TRES FREQUENTS DANS L'INDUSTRIE. CE DOCUMENT RAPPORTE LES DEVELOPPEMENTS ET LES ESSAIS D'UN CAPTEUR A FIBRES OPTIQUES BASE SUR LA MODULATION D'INTENSITE. LE CAPTEUR DECRIT FOURNIT UNE MESURE DANS UN PLAN DE LA POSITION D'UNE CIBLE REFLECHISSANTE. LA LUMIERE D'UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE (DEL) EST COUPLEE A UNE FIBRE OPTIQUE MULTIMODE A SAUT D'INDICE ET L'AUTRE EXTREMITE DE CETTE FIBRE ILLUMINE UN MIROIR CIRCULAIRE. UN POURCENTAGE DE LA LUMIERE REFLECHIE PAR LE MIROIR EST RECOUPLE DANS SIX FIBRES RECEPTRICES, PLACEES EN CONTACT ET DANS LE MEME PLAN QUE LA FIBRE D'EMISSION. UN DEPLACEMENT LATERAL DU MIROIR PROVOQUE UNE MODULATION D'INTENSITE DANS LES SIX FIBRES PERIPHERIQUES, QUI EST FONCTION DES DIMENSIONS DE LA FIBRE OPTIQUE ET DU DIAMETRE DU MIROIR. UNE CONFIGURATION POSSIBLE CONSISTE EN DEUX TUBES CYLINDRIQUES ET CONCENTRIQUES. LE TUBE INTERNE CONTIENT LES SEPT FIBRES MULTIMODES. UN MIROIR CIRCULAIRE EST PLACE A L'EXTREMITE D'UN CORPS D'EPREUVE DEFORMABLE ET CONSTITUANT LE SECOND TUBE. QUAND UNE FORCE EXTERNE EST APPLIQUEE AU CORPS D'EPREUVE, LE CAPTEUR ENREGISTRE LA DEFLEXION QUI ENGENDRE UN DEPLACEMENT DU MIROIR, MESURABLE PAR LE SYSTEME DECRIT. GRACE A SA SYMETRIE, CE CAPTEUR DONNE UNE INDICATION DE LA DIRECTION DE DEPLACEMENT. PAR EXEMPLE, SI LA FORCE EXTERNE EST LE VENT, ALORS, NOUS POUVONS MESURER LA VITESSE ET LA DIRECTION DE CE VENT, GRACE AU DEPLACEMENT DE LA CIBLE. CECI CONSTITUE UN NOUVEL ANEMOMETRE-GIROUETTE INTEGRE DANS UN UNIQUE DISPOSITIF
Author: Antoine Kevorkian Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 220
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NOUS PRESENTONS UN DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE, INTEGRE SUR SUBSTRAT SILICIUM, CAPABLE D'ANALYSER LA POLARISATION D'UN SIGANL OPTIQUE SE PROPAGEANT DANS UN MICROGUIDE. LES ELEMENTS THEORIQUES NECESSAIRES (EN PARTICULIER LA PROPAGATION D'ONDES CONFINEES DANS DES MILIEUX PERIODIQUES) SONT D'ABORD EXPOSES, PUIS UTILISES POUR DEFINIR LES CARACTERISTIQUES DES COMPOSANTS D'OPTIQUE: GUIDES RUBANS, SEPARATEUR DE POLARISATION, STRUCTURE A RESEAU REFLECHISSANT LA LUMIERE VERS DES PHOTODIODES INTEGREES DANS LE SILICIUM. NOUS DEFINISSONS ENSUITE UN CIRCUIT ELECTRONIQUE CMOS ANALOGIQUE, PERMETTANT DE TRAITER LES SIGNAUX (PHOTOCOURANTS) ISSUS DES PHOTODIODES; CE TRAITEMENT COMPREND UNE CONVERSION COURANT-TENSION, UNE COMPENSATION DES IMPERFECTIONS DE L'ANALYSEUR, AINSI QUE DES OPERATIONS D'ADDITION ET DE SOUSTRACTION DES SIGNAUX. UNE COMPTABILITE ENTRE TECHNOLOGIES D'OPTIQUE GUIDEE ET DE MICROELECTRONIQUE EST ETABLIE, PERMETTANT LA CONCRETISATION DU DISPOSITIF SOUS LA FORME D'UN CIRCUIT INTEGRE MONOLITHIQUE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX RECUEILLIS SUR DES PROTOTYPES SONT EXPOSES
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CETTE ETUDE AVAIT POUR BUT D'AMELIORER NOS CONNAISSANCES SUR LES CAPTEURS INTERFEROMETRIQUES A FIBRES OPTIQUES, DE TYPE MACH ZEHNDER, ET, A TERME, DE REALISER UN MAGNETOMETRE. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LES POINTS FAIBLES D'UN TEL INTERFEROMETRE: EVOLUTION DE LA PHASE AVEC LES VARIATIONS DE TEMPERATURE, EXTREME SENSIBILITE AUX VIBRATIONS MECANIQUES ET AUX FLUCTUATIONS DE LONGUEURS D'ONDES DE LA SOURCE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS AVONS CHERCHE A ELIMINER CES PROBLEMES. POUR CELA, NOUS AVONS MIS AU POINT UN SYSTEME DE CONTRE REACTION ACTIVE SUR LA PHASE, QUI COMPENSE LES EFFETS DE LA TEMPERATURE, PUIS NOUS AVONS ETUDIE ET REALISE DES COUPLEURS A L'AIDE D'UNE TECHNOLOGIE D'OPTIQUE INTEGREE SUR SILICIUM, DONT L'UTILISATION A REDUIT, DE FACON SPECTACULAIRE, L'INFLUENCE DES VIBRATIONS MECANIQUES. NOUS AVONS, PAR AILLEURS, TRAVAILLE SUR LA STABILISATION EN LONGUEUR D'ONDE DU LASER SEMI-CONDUCTEUR. LA SENSIBILITE AUX CHAMPS MAGNETIQUES CONTINUS EST OBTENUE, PAR INSERTION D'UN ELEMENT MAGNETOSTRICTIF SUR L'UN DES BRAS DE L'INTERFEROMETRE. GRACE A UNE INTERACTION ADEQUATE FIBRE-MATERIAU, UNE UTILISATION ASTUCIEUSE DE LA NON LINEARITE DES PHENOMENES MAGNETOSTRICTIFS ET PAR LA MISE EN PLACE D'UN SYSTEME DE CONTRE REACTION SUR LE CHAMP MAGNETIQUE, DE FACON A EFFECTUER UNE MESURE DE ZERO EN CHAMP, NOUS AVONS OBTENU UN SENSEUR MAGNETIQUE, DONT LA RESOLUTION EST DE: 11 NANOTESLA PAR RACINE DE HERTZ POUR UN METRE D'INTERACTION FIBRE-MATERIAU; CELA CORRESPOND A UNE DYNAMIQUE DE MESURE EN CHAMP DE 40 DECIBELS. NOTRE DISPOSITIF ETANT STABLE SUR DES DUREES SUPERIEURES A UNE HEURE
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La demande croissante de systèmes mécaniques et mécatroniques miniatures exige la miniaturisation des composants ayant une fonction d'actionnement ou de mesure dans ces systèmes. Des capteurs miniatures, privilégiant un rapport entre la limite de résolution et l'étendue de la mesure de l'ordre de 10-5 à 10-6, s'avèrent alors des éléments incontournables. Ce mémoire présente la conception et la réalisation de deux capteurs à fibres optiques pour la mesure à haute résolution de déplacements linéaires et angulaires sur de grandes étendues utilisant un même principe. Après une étude bibliographique portant sur les capteurs optiques, une modélisation géométrique de la mesure de déplacements linéaires sur une grande étendue par l'utilisation de deux sondes et d'un réseau a été réalisée. Un premier réseau optique en alliage d'aluminium a été obtenu par Usinage Haute Précision. Puis, grâce à la micro fabrication du silicium, un second réseau a été réalisé dans le but d'améliorer les performances du capteur. Il a ainsi été permis de l'intégrer dans un système mécanique miniature avec une limite de résolution de 27,4 nm sur une étendue linéaire de 9 mm. En dupliquant ce principe, des mesures dans un plan ont été réalisées. Le deuxième capteur développé mesure des déplacements angulaires au moyen d'une sonde, contenant deux détecteurs et d'un miroir non structuré. Une modélisation a été réalisée et une bonne corrélation a été observée entre les résultats numériques et expérimentaux sur une étendue comprise entre -23,44° et +23,44° avec une limite de résolution optimale de 0,48xI0-3o. Enfin, après duplication de ce dernier principe, un inclinomètre bidimensionnel miniature a été réalisé.
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AU COURS DE CES VINGT DERNIERES ANNEES, LE DEVELOPPEMENT DES APPAREILS D'INSTRUMENTATION A CONNU UN ESSOR IMPORTANT DU ESSENTIELLEMENT A L'INTEGRATION DE CALCULATEURS PERFORMANTS DANS LES SYSTEMES DE MESURE. DE NOUVELLES VOIES D'INVESTIGATION ONT ETE OUVERTES. PAR EXEMPLE, DE NOUVEAUX CAPTEURS INTERFEROMETRIQUES ONT ETE UTILISES DANS DES DOMAINES TRES VARIES, TELS QUE LA DETECTION DE FLUX DE RADIATION, LE SUIVI D'OBJETS EN DEPLACEMENT ET LEUR POSITIONNEMENT, LE CONTROLE DE LA QUALITE DE SURFACES D'OBJETS, ETC MON TRAVAIL A CONSISTE A DEVELOPPER ET A CARACTERISER UN CAPTEUR INTERFEROMETRIQUE DE DEPLACEMENT OU DE DEFORMATION. CE DISPOSITIF EST BASE SUR LA MODULATION D'UN RESEAU D'INTERFERENCE CREE PENDANT L'INTERROGATION D'UNE CAVITE D'AIR COMPRISE ENTRE DEUX PLAQUES DE VERRE. CE MEMOIRE DE MA THESE COMPORTE SIX CHAPITRES QUI DECRIVENT LES METHODES D'INVESTIGATION ET LES TECHNIQUES EXPERIMENTALES MISES EN OEUVRE POUR ETUDIER CE CAPTEUR. UNE ATTENTION TOUTE PARTICULIERE EST ACCORDEE A L'IMAGERIE NUMERIQUE DONT L'EMPLOI S'EST REVELE TRES FRUCTUEUX, NON SEULEMENT POUR CE TRAVAIL D'INVESTIGATION, MAIS EGALEMENT POUR L'EXPLOITATION FUTURE DE CE NOUVEAU DETECTEUR.
Author: Vincent Trudel (Auteur de Capteurs de déplacement à fibre optique à modulation d'intensité basée sur la présence de désalignements entre fibres monomodes) Publisher: ISBN: Category : Displacement transducers Languages : fr Pages : 0
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Ces présents travaux de recherche portent sur le développement de nouveaux capteurs de déplacements à fibre optique monomode a modulation d'intensité causée par la présence de désalignements entre les fibres. À partir d'un fondement théorique rigoureux, des nouveaux principes de fonctionnement de capteurs sont développes. Des modèles analytiques d'efficacité de couplage optique entre faisceaux gaussiens sont utilisés. Un modèle basé sur une expression plus juste du mode de propagation fondamental de la fibre monomode et sur le phénomène de propagation d'un champ optique dans l'air libre est aussi développé à l'aide de la méthode de l'intégrale de recouvrement. Les performances expérimentales de deux capteurs sont évaluées et des directives de conception sont proposées. Ces capteurs sont caractérisés par un comportement linéaire, des possibilités de mesure multidimensionnelle, des performances adaptables a différentes applications et l'évitement des désavantages classiques des capteurs à modulation d'intensité. Une étude principalement théorique de quelques autres solutions est également réalisée.
Author: Catherine Erbeia
Author: Catherine Erbeia
Author: NEILA.. KAOU LARBE
Author: Danping Wang
Author: Pascal Boulee
Author: Antoine Kevorkian
Author: DENIS.. BARBIER
Author: 
Author: Denis Barbier
Author: MOUNIR.. BOUHIFD
Author: Vincent Trudel (Auteur de Capteurs de déplacement à fibre optique à modulation d'intensité basée sur la présence de désalignements entre fibres monomodes)