Optiques InfraRouges moulable à GRadient d’INdice de réfraction à base de verres de chalcogénures – IRGRIN

L’objectif de ce projet est de développer des optiques infrarouges moulables à gradient d’indice de réfraction (GRIN) à base de verres de chalcogénures pour l’imagerie thermique dans la fenêtre atmosphérique de 8-12 µm. Un démonstrateur portatif d'imagerie infrarouge sera développé pour évaluer les performances de ces optiques et deux applications, l’une civile et l’autre militaire seront proposées. Ce projet entre clairement dans l’axe thématique 5 (photonique) et en particulier le sous-thème 6.5.3 (composants optiques : optiques moulables) de cet appel à projets. Les "Chalcogénures pour verres et fibres" font partie des priorités affichées de cet axe thématique.

La combinaison de l’effet GRIN avec la puissance géométrique des surfaces courbées offre de nouvelles possibilités très intéressantes pour la conception optique. Il est ainsi par exemple possible de concevoir un système optique avec une grande puissance de focalisation, un grand champ de vision et des aberrations bien corrigées tout en ayant une épaisseur faible, une courbure faible et un nombre réduit de lentilles par rapport à des systèmes optiques classiques. De plus, la grande transparence des optiques GRIN du visible à l’infrarouge thermique permettrait de combiner plusieurs bandes spectrales. Ainsi, l'utilisation des lentilles GRIN réduirait significativement l'encombrement, le poids et le coût des systèmes optiques, ce qui est de plus en plus exigé pour des applications aussi bien militaire que civile.

Les optiques GRIN fonctionnant dans le visible sont généralement fabriquées par échanges ioniques à base de verres d'oxyde mais il n'existe pas d'optique GRIN utilisable dans l'infrarouge thermique entre 3-5 ou 8-12 µm.

Dans ce projet, nous proposons de développer des verres moulables à base de verres de chalcogénures permettant d’obtenir un gradient d’indice de réfraction compatible avec les applications envisagées.

L’originalité et le caractère ambitieux de ce projet sont les suivants :
- Utilisation des verres de chalcogénures brevetés permettant un échange ionique efficace ou une cristallisation contrôlée pour obtenir un gradient d’indice de réfraction.
- Développement d’un procédé de fabrication d’optiques IR à gradient d’indice en combinant l’échange ionique et le moulage.
- Développement d'une caméra thermique LWIR (Long Wave Infrared) portative pour démontrer l’intérêt des optiques IR GRIN.

Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le consortium est constitué de trois partenaires: un laboratoire académique avec trente ans d'expérience dans les verres infrarouges, un laboratoire industriel public qui développe depuis longtemps une expertise en instrumentation optique pour anticiper les évolutions de futurs systèmes optroniques et un grand groupe industriel multinational leader mondial en matériaux et optiques infrarouges. Ces partenaires ont une longue histoire de collaborations fructueuses.

Les verrous technologiques et scientifiques sont clairement identifiés. Les solutions pour lever ces verrous, validées par des résultats préliminaires convaincants, sont détaillées.