Projet ANR-11-BS09-0026 – SMART_LASIR : SMART Fabrication par Lasers ultracourts des fonctions optiques 3D dans les chalcogénures avec contrôle adaptatif spatio-temporel intelligent. Applications en spectroscopie intégrée pour l’astrophysique IR
Programme : Blanc - SIMI 9 - Sciences de l'ingéniérie, matériaux, procédés, énergie (Blanc SIMI 9) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Razvan STOIAN (UNIVERSITE JEAN MONNET SAINT-ETIENNE)
Partenaires : Franche-Comté Électronique Mécanique Thermique et Optique- Sciences et Technologies; Institut de Planétologie et Astrophysique de Grenoble; Laboratoire Hubert Curien; Institut des Sciences Chimiques de Rennes
Montant : 430000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Une forte demande existe aujourd'hui en astrophotonique pour les fonctions optiques avancées en gamme infrarouge. Elle concerne les études de l’univers, notamment le suivi des traceurs moléculaires organiques. L'effort de miniaturisation vise particulièrement le secteur de la spectroscopie multiplexée 3D, se détachant des technologies planaires actuelles. La possibilité de fabriquer des fonctions micro-optiques intégrées pour la spectroscopie est considérée comme une percée majeure, avec un intérêt spécifique dans les verres chalcogénures IR (ouverture bande N). Ainsi, le spectromètre à ondes stationnaires à transformée Fourier (SWIFTS), basé sur des franges interférométriques permet la détection dans la gamme MIR astrophysique. Sa conception compacte exige le développement, le transport, et la lecture en temps réel d'un champ modulé stationnaire portant des informations spectrales, i.e. plusieurs fonctions optiques embarquées sur la même puce. Concevoir des fonctions intégrées de transport de lumière et des points diffusifs est essentiel pour accéder au champ évanescent. Pour cela, l’usinage 3D par laser ultrabref de composants optiques par modification dans la masse de matériaux transparents offre des perspectives uniques. Les changements localisés d'indice de réfraction permettent d'ajouter des fonctions spécifiques (guide de lumière, dispersion, ou diffraction) dans des dispositifs optiques compacts. La nature intégrée sans parties mobiles fournit une stabilité intrinsèque à la phase. Les défis actuels de fabrication imposent plusieurs conditions: rendement, précision, flexibilité et une irradiation entraînant une réponse optimale du matériau. Les solutions répondent aux conceptions optiques complexes des appareils photoniques. Ceci implique que l’interaction physique et sa dimensionnalité soient correctement contrôlées.
Le projet propose une technique de pointe pour la fabrication 3D par laser avec des spécificités d’adaptation spatial et temporel, couplant la flexibilité 3D en parallèle, à des conditions optimales d'interaction. En regroupant l'expertise dans l'élaboration du matériau, en fabrication par laser, en conception optique et en métrologie, nous visons le traitement optimal 3D des chalcogénures pour des applications astrophotoniques; en particulier pour la spectroscopie miniaturisée intégrée. L'objectif est de concevoir des modifications structurelles dans le matériau avec des propriétés guidantes ou de diffusion, ciblant des fonctions optiques dans le MIR, en particulier le transport de lumière dans le système SWIFTS avec amélioration de l’échelle et de l’efficacité. L’approche offre la régulation du résultat physique de l’interaction sur des motifs structurés et des géométries d’irradiation avec une précision ultime grâce aux systèmes d’irradiation adaptatifs impliqués. Des avantages majeurs peuvent être identifiés : Le contrôle intelligent de l’énergie délivrée, régulée dans des boucles adaptatives, permettra un gain significatif de qualité. Des conditions constantes en profondeur seront possibles de par une correction de la propagation de faisceau. Le résultat sera visible en terme de contraste équilibré de l'indice, des changements d'indice positifs et négatifs, et des dimensions de trace permettant des guides monomode à faible perte dans des motifs flexibles. De plus, des recettes de fabrication efficaces seront développées en utilisant des procédés parallèles, multi-faisceau et à haut-rendement, et des concepts non diffractifs, basés sur une mise en forme spatiale. Un design dédié et des tests de performance adjoints aux procédés de production assureront leur fonction spectroscopique. Le but est d’atteindre un haut degré de contrôle sur les modifications du matériau pour l’ingénierie de l’indice de réfraction, en corrélant synergétiquement l’irradiation et les propriétés du matériau pour des traitements optimaux. Il s’agit ainsi d’une forte avancée vers la fabrication de systèmes embarqués performants.