Optique - Thèse Telecom Bretagne

Proposition de thèse
Thèse CIFRE
« Applications des cristaux liquides dans l’infrarouge thermique »
L’objectif de cette thèse est d’étudier les différentes possibilités de contrôler la réflectivité
d’une cellule cristal liquide dans le domaine spectrale de l’infrarouge (IR) thermique (λ = 2 -
12 µm), en vue de réaliser des écrans de protection. Pour réaliser cela, 3 structures cristal
liquide ont été identifiées.
La première structure utilise la modulation de la rétrodiffusion
Pour cela on utilise une structure composite de cristal liquide nématique dispersé dans une
matrice de polymère. Cette structure est obtenue à partir d’un mélange cristal liquide et
d’un monomère photo-polymérisable. Une insolation UV va entraîner la polymérisation et la
démixtion du mélange. La taille des gouttelettes de cristal liquides dépend à la fois de la
concentration en polymère et de la puissance d’insolation UV.
Le choix du cristal liquide est déterminé par l’adaptation d’indice entre celui du polymère et
l’indice ordinaire du cristal liquide. En effet, sans champ, l’orientation du cristal liquide dans
les gouttelettes est aléatoire ; il y a désadaptation d’indice : Le système est diffusant. En
appliquant un champ parallèle à la propagation de la lumière, on réoriente le cristal liquide
et il y a adaptation d’indice entre le cristal liquide et le polymère : le milieu est transparent.
Cet effet est de plus très peu sensible à la polarisation de l’onde incidente. D’autre part la
taille des gouttelettes devra être en adéquation avec la longueur d’onde IR de travail.
La deuxième structure utilise la modulation de réflectivité
Le cristal liquide cholestérique présente une structure macroscopique hélicoïdale de période
P en l’absence de champ électrique. L’application d’un champ électrique réoriente le cristal
liquide et cette structure hélicoïdale disparait. A la coupure du champ le cristal liquide relaxe
vers la structure hélicoïdale. Cet effet a été intensivement utilisé dans le visible pour réaliser
des afficheurs, par contre dans l’IR, cette structure a été assez peu étudiée.
La structure hélicoïdale est obtenue par le mélange d’un dopant chiral et d’une phase
nématique. La période P dépend alors à la fois de la concentration en dopant chiral et de la
température. La réflexion s’effectue sur une bande spectrale dont les caractéristiques sont
les suivantes :
nP
Bragg
= λ
et nP
∆
λ
∆
=
. Pour utiliser ces structures dans l’IR, il faudra donc
optimiser la concentration en dopant chirale.
La troisième structure de modulateur utilise la modulation de biréfringence. Une cellule,
constituée d’un cristal liquide nématique orienté uniformément, est placée entre un
polariseur et un miroir. L’application d’un champ électrique modifie la biréfringence, ce qui
entraîne une modification de la réflectivité du système. Les défauts de ce type de structures
sont la technologie du polariseur IR et la perte obligatoire de 50% du rayonnement incident
qu’il engendre.
Ces différentes options devront être évaluées au cours de cette thèse. Les valeurs de
réflectivité ainsi que les amplitudes de modulation seront étudiées et optimisées. Des
solutions technologiques devront également être proposées concernant les substrats et les
électrodes des cellules cristal liquide.
Contact : Laurent Dupont / Département d’optique / Telecom Bretagne
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