EP2486393A2 - Systeme de detection optique a substrat actif, procede de fabrication d'un tel systeme - Google Patents

Systeme de detection optique a substrat actif, procede de fabrication d'un tel systeme

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EP2486393A2
EP2486393A2 EP10781960A EP10781960A EP2486393A2 EP 2486393 A2 EP2486393 A2 EP 2486393A2 EP 10781960 A EP10781960 A EP 10781960A EP 10781960 A EP10781960 A EP 10781960A EP 2486393 A2 EP2486393 A2 EP 2486393A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
support layer
optical detection
detection system
emission
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10781960A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Gilles Lerondel
Laurent Divay
Pierre Lebarny
Vesna Simic
Pierre Galtier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Technologie de Troyes
Universite de Versailles Saint Quentin en Yvelines
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Universite de Technologie de Troyes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universite de Technologie de Troyes filed Critical Universite de Technologie de Troyes
Publication of EP2486393A2 publication Critical patent/EP2486393A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"

Definitions

  • the present invention relates to an active substrate optical detection system and a method of manufacturing such a system.
  • the present invention relates to the field of optical detection using ultra-sensitive light-sensitive sensors, which generally covers any application based on low-absorption layers (ultra-thin or very low-absorbency layers), such as, for example, photovoltaic cells (extremely thin absorber, or "Extremely Thin Absorber” or ETA in English language) or color conversion (white diode).
  • low-absorption layers ultra-thin or very low-absorbency layers
  • photovoltaic cells extreme thin absorber, or "Extremely Thin Absorber" or ETA in English language
  • color conversion white diode
  • It relates more particularly to an optical detection system comprising pumping means, and a substrate on which is deposited a luminescent layer capable of emitting by luminescence photons under the effect of said pumping.
  • Ultra-sensitive luminescent sensors using ultrathin luminescent layers are used, for example, for the detection of traces of chemical species, called analytes, present in an environment (free atmosphere or confined environment) by using variations in the optical emission properties of the layer (s) ultra-thin (s) luminescent (s), because of the adsorption or diffusion in the (s) material (s) that consist of chemical species present in said environment.
  • the ultrathin luminescent layer is affected by the presence of chemical species, so that the proportion of sensitive material of the luminescent layer is all the more important that the thickness of this layer is low.
  • a small thickness of luminescent layer further allows to increase the kinetics of adsorption and desorption.
  • a small thickness can only be associated with a small number of photons, which limits the sensitivity of the sensor. Such a contradiction raises the technical problem of increasing the number of photons emitted by the luminescent layer (useful signal).
  • the solutions of the state of the art consist in providing luminescent layers with improved emission properties, that is to say to synthesize or grow materials with improved emission properties. mainly due to intrinsic absorption or optical performance properties. It is indeed possible to improve the sensitivity of ultra-sensitive fluorescent sensors by working at the stimulated emission threshold of the material.
  • the interaction of the luminescent material with the ambient atmosphere causes a modification of the intrinsic emission properties and therefore, for the same pump power, the number of photons emitted in the presence or absence of the species to be detected.
  • the extinguishing effect will be all the greater if one works close to the stimulated emission threshold (strong non-linearity), as described for example in the document US2006 / 073607.
  • the luminescent layer is deposited on a substrate: guiding layer, grating or optical fiber which is intended either to guide the light or to confine it by feedback effect.
  • optical pumping is performed on the luminescent layer.
  • a passive waveguide planar structure is thus produced which makes it possible to improve the luminous emission efficiency of the luminescent layer and thus the detection efficiency of the system.
  • it is the luminescent layer which absorbs the pump beam and emits photons under the effect thereof, and it is the support layer which confines the photons emitted by the luminescent layer.
  • the present invention proposes to use a substrate or an active support, absorbing and emitting light, which may be in the form of a nanostructured thin layer or not.
  • the subject of the invention is an optical detection system comprising pumping means, as well as a substrate on which is deposited a luminescent layer capable of emitting by luminescence photons under the direct effect and / or indirect of this pumping.
  • This system also comprises a support layer disposed between the substrate and the luminescent layer. This support layer is capable of absorbing the pumping energy, confining at least a portion of this energy or emitted photons and transmitting a portion of the energy corresponding to the light-emitting layer.
  • the pumping energy may be optical by emission of a pump beam, or electronic by implementation of a material (support layer or substrate) electroluminescent.
  • the support layer may be a thin layer optionally structured on the surface for confining photons. It is configured to absorb at least a portion of the pumping energy and to transmit at least a portion thereof to the light-emitting layer. This transfer can be of an optical or electronic nature. It also allows to be able to confine in a plane the excitation (the pump beam) or the emission (luminescence).
  • the pumping operated on at least the support layer is an optical pumping.
  • an active planar waveguide structure is provided to simultaneously improve the absorption and luminescence efficiency of the luminescent layer.
  • the support layer which absorbs and confines the pump beam, the resulting energy being then transmitted to the phosphor layer.
  • the pumping is also performed on the luminescent layer.
  • the pumping may be electronic, in addition to or instead of optical pumping, by implementing a light-emitting material for the support layer or the substrate.
  • the thickness and the refractive index of the support layer are determined such that the emission of photons through at least one of the support layer and the phosphor layer is guided therealong.
  • the following stack of layers allows this type of guidance: sapphire substrate, zinc oxide thin support layer ZnO (thickness 40 nm) and polymer thin film (thickness 5 nm).
  • the support layer comprises a structuring.
  • This increases the specific surface, which maximizes the probability of adsorption and therefore the probability of detection.
  • the structuring in this case a nanostructuration, makes it possible to increase the developed surface of the support, that is to say the contact surface. This is even larger than the size of the nanostructures is small. This increases the non-radiative transfer by contact between the luminescence layer and the active support.
  • the latter consists of nanoscale wires.
  • the structuring in a second embodiment variant of the structuring, it consists of nanometric holes arranged in the support layer.
  • the layout of the structuring of the support layer can be random. Therefore, subjected to high power pumping (above the laser threshold), the elements of the structure then coherently diffuse the light in the plane of the support layer and a random laser effect occurs.
  • the arrangement of the structuring of the support layer can also be controlled. The laser effect produced is then distributed.
  • the arrangement of the structuring is in a matrix.
  • the laser effect produced is then all the better distributed.
  • the support layer has a high refractive index. This allows the structuring to act as a planar waveguide, because of the large differences in refractive indices between the successive layers which ensure optimal confinement of the emission in the support layer.
  • the phosphor layer is a thin layer forming a structuring substantially identical to that of the support layer while conforming to the shape thereof during the deposition of the luminescent layer. on the nanostructured support layer.
  • the support layer comprises a material and, preferably, is made of a transparent and luminescent material at the absorption wavelength of the polymer of the phosphor layer.
  • This material of the support layer is preferably zinc oxide.
  • the luminescent layer has a small thickness.
  • the substrate is an electroluminescent active substrate, in which case the substrate becomes a source of optical pumping energy replacing or supplementing the pump optical beam.
  • the support layer is electroluminescent, in this case the support layer becomes an optical pump energy source replacing or in addition to the pump optical beam.
  • the invention also relates to a method for manufacturing an optical detection system, comprising a step of depositing a support layer on a substrate, a step of depositing a light-emitting layer on the support layer and a step of disposing of pumping means, so that under the effect of pumping at least the support layer absorbs a portion of the pumping energy (optical beam or electronic pumping) and transmits a portion thereof to the light-emitting layer, the light-emitting layer then emitting photon luminescence, the support layer may further contain a portion of the pumping energy.
  • the pumping energy optical beam or electronic pumping
  • the method comprises, prior to the deposition of the luminescent layer, a step of structuring the support layer.
  • the deposition of the light-emitting layer is performed so as to form a structuring substantially identical to that of the support layer.
  • FIG. 1 a diagram showing a sectional view of an optically pumped optical detection system of the light-emitting layer, according to the prior art
  • FIG. 2 a diagram showing a first sectional view of an optically pumped optical detection system of the support layer, according to one embodiment of the invention
  • FIG. 3 a diagram showing a first sectional view of the optical detection system of FIG. 2,
  • FIG. 4 a diagram showing a sectional view of a nanostructured support layer optical detection system, according to another embodiment of the invention.
  • FIG. 5 a diagram showing a view from above of a variant of a nanostructured support layer optical detection system in a random manner
  • FIG. 5 ' a nanowire embodiment with a double structure
  • FIGS. 6A and 6B diagrams showing top views of two variants of nanostructured carrier layer optical detection systems in a controlled manner
  • FIG. 7 an embodiment of the system with electronic pumping of an electroluminescent active support layer
  • FIG. 8 an embodiment of the system with electronic pumping of an electroluminescent active substrate.
  • an optical detection system 1 according to the cited prior art comprises a substrate 2 on which a support layer 3 is deposited and then an unstructured luminescent layer 4.
  • An optical pumping beam 5 is directed towards the luminescent layer 4. This constitutes a passive planar waveguide structure for improving the light emission efficiency of the layer luminescent 4 and thus the detection efficiency of the system 1.
  • the principle of the invention is now described with reference in particular to FIGS. 2 and 3.
  • the pumping is for example optical (by a pump beam 9) and operates at least on the support layer 3 (it can possibly be operate further on the luminescent layer 4).
  • a structure is created which makes it possible simultaneously to improve the absorption (FIG. 2) and the luminescence efficiency (FIG. 3) of the polymer luminescent layer 4.
  • the support layer according to the invention is active, that is to say that it absorbs the pump energy and then emits photons that can be adsorbed by the luminescent layer.
  • the photons emitted by the support layer are added to those of the pump beam, which in this way also improves the efficiency of the system.
  • the support layer 3 is made of a material such as zinc oxide (ZnO).
  • ZnO zinc oxide
  • the oxide is transparent in the visible (emission zone of the polymers of the luminescent layer),
  • the material is active in the UV (absorption zone of the polymer of the luminescent layer),
  • the material can be nanostructured ("top-down” or “bottom-up” approach).
  • the light-emitting layer 4 consists of a sensitive polymer, for example a conjugated ⁇ -type polymer, whose fluorescence and sensitivity properties to different analytes are known.
  • Layer luminescent 4 is made of a polymer such as EPP.
  • the exciter source carrying out the pumping of the polymer of this layer 4 (that is to say the optical emission of the support layer 3) is tuned to the absorption maximum. said polymer of said layer 4.
  • the pumping may be optical pumping 9 ( Figures 2 to 4) or electronic pumping (not shown).
  • the tuning is performed according to the choice of analytes to be detected, therefore the type of luminescent polymer, and the physical properties of the material used for the support layer 3.
  • the support layer 3 thus absorbs the pumping energy and emits photons when submitted to it.
  • the absorption band of the light-emitting layer must therefore correspond to the emission band of the support layer 3.
  • the photons emitted by the support layer 3 are absorbed by the luminescent layer 4 and re-emitted by the latter to a length different wave.
  • the pumping energy (for example the wavelength of the optical pumping 9) is therefore preferably arranged at the maximum of the absorption by the material (for example ZnO) of the support layer 3.
  • the material then absorbs this energy of pumping (pump beam 9) and emits light 1 1 by luminescence.
  • This luminescence of the support layer 3 may also be guided by the support layer 3 acting as a planar transparent guide.
  • the pumping energy (excitation) exceeds a threshold value (laser emission threshold)
  • the light 12 propagates in the direction of propagation, along the plane of the support layer 3.
  • the light emission 12 of the waveguide 3, in this case zinc oxide, is close to the absorption maximum of the luminescent layer 4.
  • the zinc oxide then acts as a local source of excitation for the polymer of the luminescent layer 4, to improve the pumping thereof.
  • the emission 12 of the zinc oxide is then absorbed by the luminescent layer 4, which fluoresces 13 (FIG. 2).
  • the amplified light 14 propagates in the direction of propagation, following the plane of the layer 3.
  • the amplified spontaneous emission 8 can then be detected at the level of the lateral portion of the structure 1.
  • the emission by the support layer is made in the UV and the emission of the polymer is made in the green, so that the emission band of the luminescent layer is different from the absorption band of the support layer so that the photon transfer process is not looped.
  • the pump energy can be injected laterally, that is to say in the plane of the support layer 3, although the implementation is a little complex.
  • the pump energy can be injected perpendicular to the plane of the support layer 3, and the implementation is simple.
  • the light emission of the system may even be laser.
  • the main part 6 of the luminescence of the nanostructured luminescent layer 4 is guided in the planar transparent guide 3 in zinc oxide.
  • the excitation exceeds a threshold value (laser emission threshold)
  • the light 7 propagates in the direction of propagation, along the plane of the support layer 3.
  • the amplified spontaneous emission 8 can then be detected at the level of the lateral part of the structure 1. If the pumping power is close to the stimulated emission threshold, the system 1 becomes very sensitive to the luminescence efficiency and thus to the extinction effect due to the species absorbed on the luminescent layer 4.
  • the thickness of the support layer 3 is chosen so that only emission of said support layer 3 (zinc oxide) and / or of the luminescent layer 4 (of the polymer) is guided, which may allow the effect laser cited above.
  • the thickness of the support layer influences the number of modes.
  • the thickness of the latter is chosen so that the system is mono-monomode.
  • the support layer is ZnO whose thickness is between 40 and 250 nm, the thickness of the phosphor layer up to 4 nm.
  • the support layer 3 is nanostructured.
  • This nanaostructure has a double effect: it makes it possible to favor the laser effect when it is also in the form of a waveguide; and it makes it possible to structure the luminescent layer 4 (since it matches the shape of the surface of the support layer 3), which increases the surface area of the luminescent layer 4, therefore the probability of contact between the polymer and the analyte, so increase the sensitivity of the system.
  • the size of the nanostructures is chosen as a function of the incident wavelength ⁇ . Indeed, if the nanostructures are much lower (typically less than ⁇ / 10) at the incident wavelength ⁇ of the optical pumping 9, there is no more feedback effect because the light sees a homogeneous material.
  • the advantage is that the optical confinement is obtained for "small" sizes, typically 40 nm, that is to say less than 100 nm if the index is taken into account. .
  • inventions described hereinafter are architectures comprising a nanostructured support layer 3, as well as the associated luminescent layer 4.
  • the support layer 3 is made of nanoscale wires, called nanowires, or nanotubes.
  • the diameter of the nanostructures is of the order of magnitude of the emission wavelength ⁇ of the optical pumping 9, typically between ⁇ / 2 ⁇ and ⁇ / 4 ⁇ , with n the refractive index. of the material constituting the nanowires / nanotubes, which makes it possible to obtain an optical confinement.
  • the nanostructures may have other forms than nanowires or nanotubes.
  • the nanowires 3 ', 3 ", etc. are vertical, by vertical means that they are arranged in a plane perpendicular to the plane of the support layer 3, in this case in FIG. parallel to the pump beam 9. These son are deposited on the surface of the substrate 2 and the polymer of the luminescent layer 4 is deposited on the layer 3 so as to form a thin layer (of the order of 5 nanometers thick) completely covering the nanostructure 3 ', 3 ".
  • this nanostructured support layer 3 is about 100 times larger than that of the support layer in the case of an embodiment of a planar waveguide structure (FIGS. 1 to 3), which makes it possible to maximize the probability of adsorption and therefore of detection.
  • each nanostructure 3 ' comprises excrescences 31', 32 ', 33', etc. so to create double structure.
  • Each nanostructure 3 ' may comprise a main axis of extension XX, which is the case for a nanotube.
  • This random laser emission can come from an emission by the support layer 3 (arrows 21) or the luminescent layer 4 (arrows 22). It should then be noted that, because of the high index of the support layer 3 and the light emission at the maximum absorption wavelength of the ZnO, each 3 ', 3 "ZnO nanowire can behave like a waveguide.
  • the support layer 3 is also nanostructured, but this time in an organized manner, following a matrix, preferably whose periodicity is of the order of x / 2neff, with neff the effective mode index supported by the nanostructured layer.
  • the performance of such a system is similar to that of the system according to the first variant described above, with the exception of the laser effect produced, which is no longer random but distributed.
  • This controlled structure can be obtained by the growth of nanowires 3 ', 3 "organized into a matrix (FIG. 6A), or by etching patterns having the shape complementary to nanowires, ie in the form of holes, on a film 4 (FIG. 6B).
  • This system thus produced makes it possible to emit photons by the luminescent layer 4 (by luminescence) under the effect of the pump energy (for example beam 9), to cause the support layer 3 to absorb at least a portion of the light.
  • pump energy for example beam 9
  • This pump energy to confine this pump energy the beam 9 or the photons emitted by the support layer 3, and to transmit a part of the corresponding energy of the support layer 3 to the luminescent layer 4.
  • Zinc oxide can be replaced by other types of materials, such as gallium nitride (GaN) or zinc cadmium oxide (ZnCdO).
  • the substrate should be transparent to the active and active emission wavelength (absorption and light emission) at the emission wavelength of the polymer. Its deposition in the form of a thin layer must be controlled. It must also be possible to nanostructure it.
  • the support layer 3 may be electroluminescent (FIG. 7) or the substrate 2 may be an electroluminescent active substrate (FIG. 8), for example in the form of a light-emitting diode (LD, LED), so as to carry out the electronic pumping of the support layer 3 or substrate 2 as appropriate.
  • LD light-emitting diode
  • the system according to the invention can be implemented in particular as a sensor for the detection of particular analytes.
  • filtering means for example at least one molecular filter, to detect specific chemical species, for example molecules of explosives such as TNT or DNT.
  • the system In operation, the system is positioned in an atmosphere that may include analytes to be detected. It is then subjected to a pumping energy (possibly above the laser threshold) and the initial value of the light emission of the luminescent layer 4 is recorded. The system is maintained in the atmosphere for the following measurements: in the presence of analytes to be detected, beyond a given time, these molecules are adsorbed on the luminescent layer 4, which modifies the emission properties of this one (decrease in light intensity).
  • the final value of the light emission is then recorded, and the difference between the initial and final light emission is compared to a threshold.
  • the value of this Threshold difference can trigger a predetermined analyte presence signal, for example an alarm signal.

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Abstract

La présente invention concerne un système de détection optique (1) comprenant des moyens d'émission d'un faisceau de pompe (5), ainsi qu'un substrat (2) sur lequel est déposée une couche luminescente (4) apte à émettre par luminescence des photons sous l'effet de ce faisceau (5). Ce système comprend également une couche support (3) disposée entre le substrat (2) et la couche luminescente (4), cette couche support (3) étant apte à absorber le faisceau (5), à confiner ce faisceau (5) ou les photons émis et à transmettre une partie de l'énergie correspondante à ladite couche luminescente (4). La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel système de détection optique (1).

Description

SYSTEME DE DETECTION OPTIQUE A SUBSTRAT ACTIF, PROCEDE DE
FABRICATION D'UN TEL SYSTEME
La présente invention concerne un système de détection optique à substrat actif ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel système.
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine de la détection optique à l'aide de capteurs luminescents ultrasensibles, ce qui couvre de manière générale toute application basée sur des couches à faible absorption (couches ultraminces ou très peu absorbantes), comme par exemple les cellules photovoltaïques (absorbeur extrêmement fin, soit « Extremely Thin Absorber » ou ETA en langue anglo-saxonne) ou la conversion de couleurs (diode blanche).
Elle se rapporte plus particulièrement à un système de détection optique comprenant des moyens de pompage, ainsi qu'un substrat sur lequel est déposée une couche luminescente apte à émettre par luminescence des photons sous l'effet dudit pompage.
Elle se rapporte également à un procédé de fabrication d'un tel système de détection optique. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Les capteurs luminescents ultrasensibles utilisant des couches ultraminces luminescentes sont mis en œuvre par exemple pour la détection de traces d'espèces chimiques, dites analytes, présentes dans un environnement (atmosphère libre ou environnement confiné) en utilisant les variations des propriétés d'émission optique de la (des) couche(s) ultramince(s) luminescente(s), du fait de l'adsorption ou de la diffusion dans le(s) matériau(x) qui la composent d'espèces chimiques présentes dans ledit environnement. Quel que soit le processus (adsorption ou diffusion), seule la partie supérieure de la couche ultramince luminescente est affectée par la présence d'espèces chimiques, de sorte que la proportion de matériau sensible de la couche luminescente est d'autant plus importante que l'épaisseur de cette couche est faible. Une faible épaisseur de couche luminescente permet de plus d'augmenter les cinétiques d'adsorption et de désorption. En revanche à une faible épaisseur ne peut être associée qu'à un petit nombre de photons ce qui limite la sensibilité du capteur. Une telle contradiction pose le problème technique de l'augmentation du nombre de photons émis par la couche luminescente (signal utile).
Pour répondre à ce problème technique, les solutions de l'état de la technique consistent à proposer des couches luminescentes aux propriétés d'émission améliorées, c'est-à-dire à synthétiser ou faire croître des matériaux aux propriétés d'émission améliorées, principalement grâce à des propriétés intrinsèques d'absorption ou de rendement optique. Il est en effet possible d'améliorer la sensibilité de capteurs fluorescents ultrasensibles en travaillant au seuil d'émission stimulée du matériau. L'interaction du matériau luminescent avec l'atmosphère ambiant entraîne une modification des propriétés intrinsèques d'émission et donc, pour une même puissance de pompe, du nombre de photons émis en présence ou non de l'espèce à détecter. L'effet d'extinction sera d'autant plus élevé que l'on travaille proche du seuil d'émission stimulée (forte non linéarité), comme décrit par exemple dans le document US2006/073607.
Afin d'obtenir une émission amplifiée ou stimulée en deçà du seuil d'endommagement du matériau luminescent, la couche luminescente est déposée sur un substrat : couche guidante, réseau ou fibre optique qui a pour but soit de guider la lumière ou de la confiner par effet de rétroaction.
Selon l'art antérieur, un pompage optique est opéré sur la couche luminescente. On réalise ainsi une structure planaire passive de guidage d'onde permettant d'améliorer l'efficacité d'émission lumineuse de la couche luminescente et ainsi l'efficacité de détection du système. Dans ce cas, c'est la couche luminescente qui absorbe le faisceau de pompe et émet des photons sous l'effet de celui-ci, et c'est la couche support qui confine les photons émis par la couche luminescente.
Ce type de solution présente l'inconvénient de nécessiter un laser puisé pour l'excitation, afin de travailler au seuil d'émission stimulée. Or ce type de source engendre un coût élevé et s'avère difficilement compatible avec le développement de capteurs intégrés. Ainsi, aucune solution de l'état de la technique ne permet de disposer d'un capteur à luminescence suffisamment sensible et peu coûteux.
OBJET DE L'INVENTION La présente invention propose d'utiliser un substrat ou un support actif, absorbant et émetteur de lumière, qui peut se présenter sous la forme d'une couche mince nanostructurée ou non.
Grâce à cette caractéristique l'efficacité d'un système comprenant une couche ultramince luminescente et un substrat ou support actif est améliorée ; la sensibilité d'un capteur à base de tel système est donc également améliorée, grâce à la prise en compte essentielle de l'excitation de la luminescence, c'est-à-dire de l'optimisation de l'absorption d'énergie (photons / électrons).
Comme décrit ultérieurement, on peut aussi prendre en compte la surface de contact entre la couche luminescente et l'espèce chimique à analyser, et/ou comme dans l'art antérieur cité, prendre en compte la détection de la luminescence (optimisation de émission lumineuse).
Selon un premier de ses objets, l'invention a pour objet un système de détection optique comprenant des moyens de pompage, ainsi qu'un substrat sur lequel est déposée une couche luminescente apte à émettre par luminescence des photons sous l'effet direct et/ou indirect de ce pompage. Ce système comprend également une couche support disposée entre le substrat et la couche luminescente. Cette couche support est apte à absorber l'énergie de pompage, à confiner une partie au moins de cette énergie ou des photons émis et à transmettre une partie de l'énergie correspondante à la couche luminescente. L'énergie de pompage peut être optique par émission d'un faisceau de pompe, ou électronique par mise en œuvre d'un matériau (couche support ou substrat) électroluminescent. La couche support peut être une couche mince éventuellement structurée en surface permettant un confinement de photons. Elle est configurée pour absorber une partie au moins de l'énergie de pompage et en transmettre au moins une partie à la couche luminescente. Ce transfert peut être de nature optique ou électronique. Il permet également de pouvoir confiner dans un plan l'excitation (le faisceau de pompe) ou l'émission (luminescence).
Selon un mode de réalisation, le pompage opéré sur au moins la couche support est un pompage optique. On réalise ainsi une structure planaire active de guidage d'onde permettant d'améliorer simultanément l'absorption et l'efficacité de luminescence de la couche luminescente. Dans ce cas, c'est la couche support qui absorbe et confine le faisceau de pompe, l'énergie résultante étant ensuite transmise à la couche luminescente. Selon d'autres modes de réalisation, le pompage est opéré également sur la couche luminescente. On prévoit aussi que le pompage peut être électronique, en complément ou en remplacement du pompage optique, en mettant en œuvre un matériau électroluminescent pour la couche support ou le substrat. De préférence, l'épaisseur et l'indice de réfraction de la couche support sont déterminés de sorte que l'émission de photons à travers au moins l'une parmi la couche support et la couche luminescente soit guidée le long de celle-ci. L'empilement de couches suivant permet ce type de guidage : substrat saphir, couche support mince d'oxyde de zinc ZnO (épaisseur 40nm) et couche mince luminescente polymère (épaisseur 5nm).
Selon un mode de réalisation, combinatoire aux modes de réalisation précédemment décrits, la couche support comporte une structuration. On augmente ainsi la surface spécifique, ce qui permet de maximiser la probabilité d'adsorption et donc la probabilité de détection. Suivant la taille des nanostructures, il est également possible de confiner de manière prédéterminée l'émission lumineuse. En effet, la structuration, en l'espèce une nanostructuration, permet d'augmenter la surface développée du support, c'est-à-dire la surface de contact. Celle-ci est d'autant plus grande que la taille des nanostructures est petite. Cela permet d'augmenter le transfert non radiatif par contact entre la couche luminescence et le support actif.
Dans une première variante de réalisation de la structuration, celle-ci est constituée de fils nanométriques.
Dans une deuxième variante de réalisation de la structuration, elle est constituée de trous nanométriques disposés dans la couche support.
La disposition de la structuration de la couche support, de dimensions nanométriques, peut être aléatoire. Dès lors, soumis à un pompage de puissance élevée (supérieure au seuil laser), les éléments de la structure diffusent alors de manière cohérente la lumière dans le plan de la couche support et il se produit un effet laser aléatoire. La disposition de la structuration de la couche support peut également être contrôlée. L'effet laser produit est alors distribué.
De préférence, la disposition de la structuration se fait suivant une matrice. L'effet laser produit est alors d'autant mieux distribué.
De préférence, la couche support présente un indice de réfraction élevé. Cela permet à la structuration de jouer le rôle de guide d'onde planaire, du fait des fortes différences d'indices de réfraction entre les couches successives qui assurent un confinement optimal de l'émission dans la couche support.
Dans un mode de réalisation, la couche luminescente, dont l'épaisseur est de préférence sensiblement constante, est une couche mince formant une structuration sensiblement identique à celle de la couche support en épousant la forme de celle-ci lors du dépôt de la couche luminescente sur la couche support nanostructurée.
Dans un mode de réalisation particulier, la couche support comprend un matériau et, de préférence, est constituée en un matériau transparent et luminescent à la longueur d'onde d'absorption du polymère de la couche luminescente. Ce matériau de la couche support est préférentiellement de l'oxyde de zinc. Dans un mode de réalisation particulier, la couche luminescente présente une faible épaisseur. Dans un autre mode de réalisation particulier du système selon l'invention, le substrat est un substrat actif électroluminescent, dans ce cas le substrat devient une source d'énergie de pompage optique en remplacement ou en complément du faisceau optique de pompe. Dans un autre mode de réalisation particulier du système selon l'invention, la couche support est électroluminescente, dans ce cas la couche support devient une source d'énergie de pompage optique en remplacement ou en complément du faisceau optique de pompe. La mise en œuvre d'un matériau électroluminescent (couche support, substrat) permet avantageusement de pouvoir mettre en œuvre un système éventuellement exempt de laser et donc beaucoup plus compact.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un système de détection optique, comprenant une étape de dépôt d'une couche support sur un substrat, une étape de dépôt d'une couche luminescente sur la couche support et une étape de disposition de moyens de pompage, de sorte que sous l'effet du pompage au moins la couche support absorbe une partie de l'énergie de pompage (faisceau optique ou pompage électronique) et en transmette une partie à la couche luminescente, la couche luminescente émettant alors par luminescence des photons, la couche support pouvant en outre confiner une partie de l'énergie de pompage.
Selon un mode particulier de réalisation, le procédé comprend, préalablement au dépôt de la couche luminescente, une étape de structuration de la couche support.
Selon un autre mode particulier de réalisation, le dépôt de la couche luminescente s'effectue de manière à former une structuration sensiblement identique à celle de la couche support. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation, accompagnée de figures représentant respectivement :
- la figure 1 , un schéma représentant une vue de coupe d'un système de détection optique à pompage optique de la couche luminescente, selon l'art antérieur,
- la figure 2, un schéma représentant une première vue de coupe d'un système de détection optique à pompage optique de la couche support, selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 3, un schéma représentant une première vue de coupe du système de détection optique de la figure 2,
- la figure 4, un schéma représentant une vue de coupe d'un système de détection optique à couche support nanostructurée, selon un autre mode de réalisation de l'invention,
- la figure 5, un schéma représentant une vue de dessus d'une variante de système de détection optique à couche support nanostructurée de manière aléatoire,
- la figure 5', un mode de réalisation de nanofil à structure double,
- les figures 6A et 6B, des schémas représentant des vues de dessus de deux variantes de systèmes de détection optique à couche support nanostructurée de manière contrôlée,
- la figure 7, un mode de réalisation du système avec un pompage électronique d'une couche support active électroluminescente, et
- la figure 8, un mode de réalisation du système avec un pompage électronique d'un substrat actif électroluminescent.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS En référence à la figure 1 , un système de détection optique 1 selon l'art antérieur cité comporte un substrat 2 sur lequel est déposée une couche support 3 puis une couche luminescente 4 non structurée. Un faisceau de pompage optique 5 est dirigé vers la couche luminescente 4. Ce qui constitue une structure planaire passive de guidage d'onde permettant d'améliorer l'efficacité d'émission lumineuse de la couche luminescente 4 et ainsi l'efficacité de détection du système 1 .
On décrit maintenant le principe de l'invention, en référence notamment aux figures 2 et 3. Le pompage est par exemple optique (par un faisceau de pompe 9) et s'opère au moins sur la couche support 3 (il peut éventuellement s'opérer en outre sur la couche luminescente 4). On constitue ainsi une structure permettant d'améliorer simultanément l'absorption (figure 2) et l'efficacité de luminescence (figure 3) de la couche luminescente 4 en polymère. En effet, contrairement à l'art antérieur cité dans lequel la couche support est passive (n'absorbe pas et n'émet pas de photons), la couche support selon l'invention est active, c'est-à-dire qu'elle absorbe l'énergie de pompe et émet alors des photons qui peuvent être adsorbés par la couche luminescente. Dans le cas d'un pompage optique, les photons émis par la couche support s'ajoutent à ceux du faisceau de pompe, ce qui améliore en ce sens aussi l'efficacité du système.
Ce phénomène d'émission de photons par la couche support permet donc d'améliorer l'efficacité d'un système de détection optique, en particulier lorsque la couche support est une structure planaire active de guidage d'onde, et d'autant plus lorsqu'elle présente une structuration, comme décrit ultérieurement. Selon un mode de réalisation, la couche support 3 est constituée en un matériau tel que l'oxyde de zinc (ZnO). Les avantages du ZnO sont :
- l'oxyde est transparent dans le visible (zone d'émission des polymères de la couche luminescente),
- le matériau est actif dans l'UV (zone d'absorption du polymère de la couche luminescente),
- le matériau est abondant et peu coûteux,
- un dépôt en film mince de très grande qualité est possible par épitaxie sur saphir ce qui permet d'obtenir « naturellement » une structure guidante,
- le matériau peut être nanostructuré (approche « top-down » ou « bottom- up »).
Selon un mode de réalisation, la couche luminescente 4 est constituée d'un polymère sensible, par exemple un polymère de type π conjugué, dont les propriétés de fluorescence et de sensibilité à différents analytes sont connus. La couche luminescente 4 est constituée d'un polymère tel que le PPE.
De manière à exciter le polymère de la couche luminescente 4, la source excitatrice réalisant le pompage du polymère de cette couche 4 (c'est-à-dire l'émission optique de la couche support 3) est accordée sur le maximum d'absorption dudit polymère de ladite couche 4. Le pompage peut être un pompage optique 9 (figures 2 à 4) ou un pompage électronique (non illustré). L'accordage est effectué en fonction du choix d'analytes à détecter, donc du type de polymère luminescent, et des propriétés physiques du matériau utilisé pour la couche support 3. La couche support 3 absorbe donc l'énergie de pompage et émet des photons lorsqu'elle y est soumise. La bande d'absorption de la couche luminescente doit donc correspondre à la bande d'émission de la couche support 3. Les photons émis par la couche support 3 sont absorbés par la couche luminescente 4 et ré-émis par celle-ci à une longueur d'onde différente.
L'énergie de pompage (par exemple la longueur d'onde du pompage optique 9) est donc de préférence disposée au maximum de l'absorption par le matériau (par exemple ZnO) de la couche support 3. Le matériau absorbe alors cette énergie de pompage (faisceau de pompe 9) et émet de la lumière 1 1 par luminescence. Cette luminescence de la couche support 3 peut en outre être guidée par la couche support 3 agissant comme un guide transparent planaire. En outre, lorsque l'énergie de pompage (excitation) dépasse une valeur seuil (seuil d'émission laser), la lumière 12 se propage dans la direction de propagation, suivant le plan de la couche support 3.
Par exemple, l'émission lumineuse 12 du guide d'onde 3, en l'espèce en oxyde de zinc, est proche du maximum d'absorption de la couche luminescente 4. L'oxyde de zinc agit alors comme une source locale d'excitation pour le polymère de la couche luminescente 4, permettant d'améliorer le pompage de celle-ci. L'émission 12 de l'oxyde de zinc est ensuite absorbée par la couche luminescente 4, qui fluoresce 13 (figure 2). Lorsque l'excitation par la couche 3 dépasse une valeur seuil, la lumière amplifiée 14 se propage dans la direction de propagation, suivant le plan de la couche 3. L'émission spontanée amplifiée 8 peut alors être détectée au niveau de la partie latérale de la structure 1 . Avec une couche support en ZnO et une couche luminescente en PPE, l'émission par la couche support est faite dans l'UV et l'émission du polymère est faite dans le vert, de sorte que la bande d'émission de la couche luminescente est différente de la bande d'absorption de la couche support afin que le processus de transfert de photons ne soit pas en boucle.
L'énergie de pompe peut être injectée latéralement, c'est-à-dire dans le plan de la couche support 3, bien que la mise en œuvre soit un peu complexe.
Comme illustré sur les figures 2 à 4, l'énergie de pompe peut être injectée perpendiculairement au plan de la couche support 3, et la mise en œuvre est simple.
Quel que soit l'angle d'injection de l'énergie de pompe, on obtient une très bonne efficacité en particulier lorsque la couche support 3 est un guide d'onde et une meilleure efficacité encore lorsque la couche support 3 est en outre nanostructurée car la quasi totalité des photons injectés dans la couche 3 peut être transférée à la couche luminescente 4. Typiquement, selon les solutions de l'art antérieur environ 5% des photons émis sont convertis et re-transmis par la couche luminescente, ce taux peut aller jusqu'à environ 95% selon l'invention lorsque la couche support est un guide d'onde.
Dans un mode de réalisation, l'émission lumineuse du système peut même être laser. Dans ce cas, la partie principale 6 de la luminescence de la couche luminescente 4 nanostructurée est guidée dans le guide transparent planaire 3 en oxyde de zinc. Lorsque l'excitation dépasse une valeur seuil (seuil d'émission laser), la lumière 7 se propage dans la direction de propagation, suivant le plan de la couche support 3. L'émission spontanée amplifiée 8 peut alors être détectée au niveau de la partie latérale de la structure 1 . Si la puissance de pompage est proche du seuil d'émission stimulée, le système 1 devient très sensible à l'efficacité de luminescence et ainsi à l'effet d'extinction dû aux espèces absorbées sur la couche luminescente 4. L'extinction de la luminescence du polymère de la couche luminescente 4 supprime l'émission spontanée amplifiée 7 et l'intensité de la luminescence diminue alors de manière significative ce qui permet la détection aisée d'analytes. Par ailleurs, l'émission 13 de la couche luminescente 4, après absorption de la lumière 12 de la couche support 3, peut également être confinée au niveau de la couche luminescente 4 (figure 3) afin d'émettre de la lumière 15. De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche support 3 est choisie de sorte que seule émission de ladite couche support 3 (oxyde de zinc) et/ou de la couche luminescente 4 (du polymère) soit guidée, ce qui peut permettre l'effet laser cité ci- avant. L'épaisseur de la couche support influe sur le nombre de modes. De préférence, l'épaisseur de celle-ci est choisie de sorte que le système soit mono quasi monomode. Dans un mode de réalisation, la couche support est en ZnO dont l'épaisseur est comprise entre 40 et 250 nm, l'épaisseur de la couche luminescente allant jusqu'à 4 nm.
Dans un mode de réalisation, la couche support 3 est nanostructurée. Cette nanaostructure a un double effet : elle permet de favoriser l'effet laser lorsqu'elle est en outre sous forme de guide d'onde ; et elle permet de structurer la couche luminescente 4 (puisque celle-ci épouse la forme de la surface de la couche support 3), ce qui augmente la surface de développée de la couche luminescente 4, donc la probabilité de contact entre le polymère et l'analyte, donc d'augmenter la sensibilité du système.
De préférence, la taille des nanostructures est choisie en fonction de la longueur d'onde incidente λ. En effet, si les nanostructures sont très inférieures (typiquement inférieures à λ/10) à la longueur d'onde incidente λ du pompage optique 9, il n'y a plus d'effet de rétroaction car la lumière voit un matériau homogène.
Pour un pompage optique dans l'UV, l'avantage est que le confinement optique est obtenu pour des "petites" tailles, typiquement de 40 nm, c'est-à-dire inférieures à 100 nm si on tient compte de l'indice.
Les modes de réalisation décrits ci-après sont des architectures comportant une couche support 3 nanostructurée, ainsi que de la couche luminescente 4 associée.
Dans une première variante illustrée par les figures 4 et 5, la couche support 3 est constituée de fils nanométriques, dits nanofils, ou de nanotubes. Le diamètre des nanostructures (nanofils ou nanotubes) est de l'ordre de grandeur de la longueur d'onde d'émission λ du pompage optique 9, typiquement compris entre λ/ 2 η et λ/4η, avec n l'indice de réfraction du matériau constituant les nanofils / nanotubes, ce qui permet d'obtenir un confinement optique.
Les nanostructures peuvent présenter d'autres formes que des nanofils ou nanotubes. Dans un mode de réalisation, les nanofils 3', 3", etc sont verticaux. Par verticaux, on entend qu'ils sont disposés dans un plan perpendiculaire au plan de la couche support 3, en l'espèce sur la figure 4 ils sont parallèles au faisceau de pompe 9. Ces fils sont déposés à la surface du substrat 2 et le polymère de la couche luminescente 4 est déposé sur la couche 3 de sorte à former une couche fine (de l'ordre de 5 nanomètres d'épaisseur) recouvrant entièrement la nanostructure 3', 3".
La surface intérieure de cette couche support 3 nanostructurée est environ 100 fois plus grande que celle de la couche support dans le cas d'un mode de réalisation en structure planaire de guidage d'onde (figures 1 à 3), ce qui permet de maximiser la probabilité d'adsorption et donc de détection.
On peut prévoir également, figure 5', que la surface des nanostructures soient elles aussi structurées, rugueuses, de sorte à augmenter encore la surface de contact. Dans ce cas, chaque nanostructure 3' comprend des excroissances 31 ', 32', 33', etc. de sorte à créer structure double. Chaque nanostructure 3' peut comprendre un axe principal d'allongement XX, ce qui est le cas pour un nanotube.
La couche 3 nanostructurée présente un indice de réfraction élevé (netf > nsubstrat, netf = 1 .8 dans le cas du saphir) pour permettre à cette nanostructure de jouer le rôle d'un guide d'onde planaire.
Dans cette variante, les nanofils 3', 3" sont disposés de manière aléatoire dans le plan de la couche 3 (figure 5). Soumis à une puissance de pompage élevée, les nanostructures diffusent alors de manière cohérente la lumière dans le plan de la couche 3 et il se produit un effet laser aléatoire. Cette émission laser aléatoire peut provenir d'une émission par la couche support 3 (flèches 21 ) ou de la couche luminescente 4 (flèches 22). II convient alors de noter que, du fait du haut indice de la couche support 3 et de l'émission lumineuse à la longueur d'onde d'absorption maximale du ZnO, chaque nanofil 3', 3" en ZnO peut se comporter comme un guide d'onde.
Dans une deuxième variante illustrée par la figure 6, la couche support 3 est également nanostructurée, mais cette fois-ci de façon organisée, suivant une matrice, de préférence dont la périodicité est de l'ordre de x/2neff, avec neff l'indice effectif du mode supporté par la couche nanostructurée. Les performances d'un tel système sont analogues à celle du système selon la première variante décrite ci-dessus, à l'exception de l'effet laser produit, qui n'est plus aléatoire mais distribué.
Cette structure contrôlée peut être obtenue par la croissance de nanofils 3', 3" organisés en une matrice (figure 6A), ou par gravure de motifs ayant la forme complémentaire de nanofils, c'est-à-dire sous forme de trous, sur un film 4 (figure 6B).
En termes de procédé de fabrication de ce système, cela consiste en la succession d'étapes suivantes :
- une étape de dépôt d'une couche support 3 sur un substrat 2,
- une étape de dépôt d'une couche luminescente 4 sur la couche support 3, et
- une étape de disposition de moyens d'émission d'une énergie de pompage
(faisceau de pompe 9 ou source électronique avec une couche support 3 ou un substrat 2 électroluminescent).
Ce système ainsi réalisé permet de faire émettre par la couche luminescente 4 (par luminescence) des photons sous l'effet de l'énergie de pompe (par exemple du faisceau 9), faire absorber par la couche support 3 une partie au moins de l'énergie de pompe (par exemple du faisceau 9), de confiner cette énergie de pompe le faisceau 9 ou les photons émis par la couche support 3, et faire transmettre une partie de l'énergie correspondante de la couche support 3 à la couche luminescente 4.
En vue d'une nanostructuration de la couche luminescente 4, il est prévu, préalablement au dépôt de la couche luminescente 4, une étape de structuration de la couche support 3.
L'oxyde de zinc peut être remplacé par d'autres types de matériaux, comme par exemple le nitrure de gallium (GaN) ou l'oxyde de zinc cadmium (ZnCdO). Le substrat doit être transparent à la longueur d'onde d'émission du polymère et actif (absorption et émission de lumière) à la longueur d'onde d'émission du polymère. Son dépôt sous forme de couche mince doit être maîtrisé. Il doit être également possible de le nanostructurer. Par ailleurs, la couche support 3 peut être électroluminescente (figure 7) ou le substrat 2 peut être un substrat actif électroluminescent (figure 8) par exemple sous forme de diode électroluminescente (LD, LED), de sorte à réaliser le pompage électronique de la couche support 3 ou du substrat 2 selon les cas. Le système selon l'invention peut être mis en œuvre notamment comme capteur pour la détection d'analytes particuliers. On peut prévoir à cet effet d'ajouter des moyens de filtrage, par exemple au moins un filtre moléculaire, pour détecter des espèces chimiques déterminées, par exemple des molécules d'explosifs tels que le TNT ou le DNT.
En fonctionnement, le système est positionné dans une atmosphère susceptible de comprendre des analytes à détecter. Il est alors soumis à une énergie de pompage (éventuellement au dessus du seuil laser) et la valeur initiale de l'émission lumineuse de la couche luminescente 4 est enregistrée. Le système est maintenu dans l'atmosphère le temps des mesures suivantes : en présence d'analytes à détecter, au-delà d'un délai donné, ces molécules sont adsorbées sur la couche luminescente 4, ce qui modifie les propriétés d'émission de celle-ci (baisse de l'intensité lumineuse).
La valeur finale de l'émission lumineuse est alors enregistrée, et l'écart entre l'émission lumineuse initiale et finale est comparé à un seuil. La valeur de cette différence relative au seuil peut déclencher un signal de présence d'analyte prédéterminé, par exemple un signal d'alarme.
Ce principe de baisse d'intensité lumineuse en présence d'analytes à détecter est d'autant plus flagrant en mode laser. Il est alors avantageux que l'énergie de pompe soit au voisinage supérieur du seuil laser, de sorte qu'une quantité donnée d'analytes adsorbés sur la couche luminescente 4 suffise à éteindre l'émission stimulée de celle-ci et à couper l'effet laser, ce qui facilite aisément la détection d'analytes.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Système de détection optique (1 ) comprenant des moyens d'émission d'une énergie de pompage (9), un substrat (2), une couche support (3) déposée sur ledit substrat (2), une couche luminescente (4) apte à émettre par luminescence des photons et déposée sur ladite couche support (3),
caractérisé en ce que ladite couche support (3) est apte à absorber une partie au moins de ladite énergie de pompage (9) et à en transmettre une partie au moins à ladite couche luminescente (4), de sorte que le pompage (9) soit opéré au moins sur la couche support (3).
2 - Système de détection optique (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel l'épaisseur et l'indice de réfraction de la couche support (3) sont déterminés de sorte que l'émission de photons à travers ladite couche support (3) soit guidée le long de celle-ci, l'émission de photons à travers la couche luminescente (4) pouvant en outre être également guidée.
3 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche support (3) comporte une nanostructuration (3', 3") comprenant des fils nanométriques (3', 3") ou de trous nanométriques disposés dans la couche support (3).
4 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel la disposition de la structuration (3',3") est aléatoire.
5 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications 3 à 4, dans lequel la disposition de la structuration (3',3") est contrôlée, en particulier sous forme de matrice. 6 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche luminescente (4) est une couche mince dont la forme épouse celle de la couche support (3).
7 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel
8 - Système de détection optique (1 ) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la couche support (3) comprend de l'oxyde de zinc et la couche luminescente (4) comprend un polymère sensible.
9 - Système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'énergie de pompage (9) est accordée sur le maximum d'absorption du polymère de la couche luminescente (4).
10 - Système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'énergie de pompage est un faisceau optique (9). 1 1 - Système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la bande d'émission de la couche luminescente (4) est différente de la bande d'absorption de la couche support (3).
12 - Système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'énergie de pompage est électronique, le substrat (2) ou la couche support (3) comprenant un matériau actif électroluminescent.
13 - Système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, dans lequel l'énergie de pompe est au voisinage supérieur du seuil laser, de sorte qu'une quantité donnée d'analytes adsorbés sur la couche luminescente (4) suffise à éteindre l'émission stimulée de celle-ci et à couper l'effet laser. 14 - Procédé de détection de traces d'espèces chimiques par un système de détection optique (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des étapes consistant à :
- positionner le système dans une atmosphère susceptible de comprendre des analytes à détecter, - équiper éventuellement le système (1 ) de moyens de filtrage, par exemple d'au moins un filtre moléculaire,
- soumettre le système (1 ) à une énergie de pompage,
- enregistrer alors la valeur initiale de l'émission lumineuse de la couche luminescente (4),
- maintenir le système (1 ) dans l'atmosphère et mesurer, au-delà d'un délai donné, la valeur finale de l'émission lumineuse de la couche luminescente (4),
- comparer l'écart entre la valeur finale et la valeur initiale de l'émission lumineuse à un seuil, et
- déclencher un signal de présence de traces d'espèces chimiques en fonction du résultat de la comparaison.
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