Structuration des cristaux liquides pour les différentes technologies optiques

• Auteur / Autrice : Kedar Sathaye
• Direction : Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Télécom Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université européenne de Bretagne (2007-2016) - Université de Bretagne Sud (1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs à cristaux liquides

Cristaux liquides

Résumé

L'objectif de cette thèse est de fabriquer différents dispositifs optiques basés sur la structuration des cristaux liquides. Nous avons tout d'abord présenté différentes méthodes pour aligner les molécules de cristaux liquides et détaillé celles que nous avons utilisées au cours de ce travail. L'alignement et certaines propriétés physiques des cristaux liquides ont permis de fabriquer des dispositifs optiques. Ces dispositifs se divisent généralement en trois catégories : les filtres optiques, les modulateurs spatiaux et les guides d'ondes optiques. Ils sont présents dans divers secteurs et particulièrement dans le domaine des télécommunications. La structure des cristaux liquides cholestériques a une biréfringence périodique qui donne lieu à une réflexion sélective de la polarisation circulaire de la lumière. Nous avons tiré profit de cette propriété en fabricant un miroir de Bragg commutable. Ce miroir nous a permis de fabriquer un filtre de Fabry-Pérot commutable et accordable. Un réseau de polymère a été utilisé pour stabiliser le cristal liquide cholestérique, afin d'apporter résistance mécanique et durabilité aux champs électriques. Les cristaux liquides ferroélectriques présentent des propriétés électro-optiques efficaces, en particulier un temps de réponse élevé. Cette propriété a été exploitée pour fabriquer des obturateurs optiques pour lunettes 3D actives basées sur des cristaux liquides ferroélectriques. Malgré un temps de réponse élevé, les cristaux liquides ferroélectriques présentent certains défauts structurels. Nous avons proposé une nouvelle technique pour pallier ces défauts. Enfin, nous avons fabriqué des guides d'ondes gravés dans le polymère à cristaux liquides. Nous avons fabriqué ce polymère à cristaux liquides de manière à obtenir deux phases de cristal liquide différentes : isotrope et anisotrope, sur le même substrat. Le substrat a ensuite été gravé afin de créer un séparateur de polarisation séparant le mode TE et TM dans les deux branches du guide.

The objective of this thesis is to engineer different optical devices based on structuring of the liquid crystals. Initially, we presented various methods to align the liquid crystal molecules and we have detailed the ones which we used during the course of this work. In combination with alignment of liquid crystals we exploited certain physical properties of the liquid crystals to engineer few optical devices. Broadly speaking one can divide these types of devices in three categories viz. Optical filters, spatial modulators and optical waveguides. All three of these devices have an application in telecommunication sector as well as in the other sectors. The structure of cholesteric liquid crystals has a periodic birefringence and gives rise to selective reflection of the circularly polarised light. We exploited these properties to fabricate a switchable Bragg mirror. This Bragg mirror made up of cholesteric liquid crystals was later on used to fabricate switchable and tunable Fabry-Perot interferometer. A polymer network was used to stabilise the cholesteric liquid crystal in order to give the mechanical strength and sustainability to the electric fields. The ferroelectric liquid crystals have very pertinent electro-optical properties especially the response times. This property was exploited to fabricate optical shutters for 3D active glasses based on ferroelectric liquid crystals. Although, the response times for these liquid crystals are higher than nematics, they have some structural defects. We have proposed a new alignment to technique to overcome such defects. Lastly, we have fabricated the waveguides etched in the liquid crystal polymer. We have patterned the liquid crystal polymer in such a way that we have two different phases of liquid crystal namely isotropic and anisotropic present on the same substrate. Waveguides were etched on such a substrate with two different phases to give rise to the polarisation separator to separate TE mode and TM mode in two different branches of the waveguide.