Optomécanique, Nanomécanique tout-optique, Mems, Spectroscopie de masse, Détection nanomécanique, Nanogouttes

Grâce à leurs petites dimensions, les systèmes nanomécaniques présentent une réaction forte aux perturbations externes, qui a mené à des progrès remarquables en spectroscopie demasse au cours de la dernière décennie. La combinaison avec des concepts optomécaniques devrait conduire à de nouvelles avancées, grâce à la sensibilité et la bande passante sans précédent des techniques optomécaniques. Dans cette thèse, nous avons utilisé l'intense couplage optomécanique à l'oeuvre dans les résonateurs à disque en arséniure de gallium pour réaliser un suivi optique, en continu et en parallèle, de multiples modes de vibration d'un disque, excités optiquement par modulation sinusoïdale du laser d'entrée. Un modèle multi-physique a été développé pour décrire les expériences optomécaniques dans ces conditions, incluant les forces photothermiques, la pression de radiation, l'électrostriction,et l'absorption non linéaire dans le dispositif. Il a permis une interprétation quantitative dusignal multi-mode de sortie optique, qui porte l'information utile de détection lorsqu'un stimulus externe perturbe le disque. Des nanoparticules solides d'une masse de l'ordre du femto-gramme, et des gouttelettes liquides de quelques dizaines d'attolitres, ont été détectées lorsqu'elles se posaient sur un résonateur en disque, en mesurant les décalages en fréquence de résonances optiques et mécaniques de ce dernier. Ces décalages ont été modélisés à l'aide d'outils analytiques et numériques, et ont permis d'évaluer la masse et la géométrie des objets adsorbés sur le résonateur. Ce travail démontre l'efficacité des dispositifs optomécaniques pour la mesure de masse et plus généralement pour l'analyse duale, mécanique et optique, d'objets nanométriques. Les premiers pas sont ainsi effectués vers une méthode rapide et quantitative d'identification de particules biologiques, et d'étude de liquides à l'échelle nanométrique.