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Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
CE08 - Matériaux métalliques et inorganiques et procédés associés

Fabrication 3D de composants optiques intégrés à bas cout par laser femtoseconde pour des applications IR – FLAG-IR

Résumé de soumission

Le projet FLAG-IR consiste à exploiter la technique d'écriture directe 3D par laser femtoseconde afin de structurer des verres dédiés à l’IR (2-5,5microns et 8-11microns) pour la réalisation de composants optiques à faible coût et intégrés pour les applications SWaP (réduction de taille, poids et puissance). L'interaction du laser femtoseconde avec des matériaux transparents est telle que le changement d'indice de réfraction peut être aussi grand que +/-10-2 dans la plupart des matériaux transparents, il est possible de créer une forte biréfringence linéaire dans de nombreux verres d’oxydes avec un contrôle fin de l'orientation des axes neutres, l'atténuation peut être inférieure à 1dB/cm et la vitesse d'écriture peut être supérieure au cm/s! De plus, grâce à des interactions non linéaires, la structuration peut être réalisée en 3D avec une résolution latérale submicronique. Ces caractéristiques conduisent à imaginer d’énormes progrès dans le développent de composants photonique à faible coût grâce à la flexibilité de cet « outil ». La capacité à contrôler la direction des axes neutres et à induire des contrastes d'indice de réfraction élevé conduit à l'ingénierie de dispositifs optiques intégrés uniques avec des variations de biréfringence ou d'indice de réfraction spatialement variables.
En collaboration avec l'ONERA, FLAG-IR propose d’utiliser le laser femtoseconde pour créer des fonctions optiques notamment dans des verres d’oxyde lourd (GeO2-Ga2O3-BaO) dédiés au moyen IR 2-5.5µm ainsi que des chalcogénures Ge-Sb-S (jusque 11µm). En effet, dans le domaine de l'instrumentation infrarouge, il y a un fort besoin de systèmes optiques miniaturisés, intégrés et bon marché pour les applications à la fois civiles (domotique, smartphone, automobile) et militaires (guidage de véhicules ou d’armement, surveillance, décamouflage, déleurrage). Les contraintes en termes de taille et de poids de ces systèmes optiques sont si exigeantes que les systèmes optiques traditionnels présentant « un seul axe optique » ont atteint leurs limites. Par conséquent, de nouvelles percées dans la conception optique ont été proposées, elles consistent à développer des architectures multi-canaux bio-inspirés et intégrant des fonctions optiques utilisant des composants optiques planaires. Dans ce domaine, les «nouveaux» matériaux IR comme les verres à base de GeO2 contenant des oxydes lourds (Ga2O3-GeO2-BaO-K2O) sont d’excellents candidats, pour réaliser des gros volumes et à faible coût de production. Ainsi, la possibilité de faire de mise en forme 3D directement dans ces matériaux par l'utilisation de lasers femtoseconde permettra réaliser ces composants planaires amis aussi d’agrandir le panel de fonctions optiques que nous pourrions encoder dans un petit appareil.
L'objectif principal de FLAG-IR est de maîtriser l'interaction laser femtoseconde avec certains matériaux IR bien choisis afin d'obtenir des composants optiques intégrés à faible coût pour les applications IR et en particulier la réduction SWaP (taille, poids et puissance). Plus spécifiquement, nous proposons «d'étendre» aux matériaux IR les résultats déjà obtenus en SiO2 et GeO2 qui ont été une source importante de nouvelles découvertes, qui peuvent être expliquées et donc exploitées à la fois par la défense et par les entreprises civiles. Poussés par les spécifications des applications IR prévues par l'ONERA et ses partenaires industriels comme la SOFRADIR, nous appliquerons les résultats déjà obtenus dans des verres silicatés aux verres gallo-germanates (transparence jusqu'à 5,5µm), qui sont au cœur du projet. De plus, nous effectuerons des "investigations préliminaires" sur la famille des chalcogénures Gex-Sb10-S100-x (jusqu'à 11µm pour les échantillons <200microns impliqués dans ce projet) pour lesquels nous avons déjà des échantillons disponibles et les paramètres de traitement laser femtoseconde basées sur des investigations récentes au sein de notre consortium et de nos partenaires.

Coordinateur du projet

Monsieur Bertrand Poumellec (Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ICMMO Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay
ICMCB INSTITUT DE CHIMIE DE LA MATIERE CONDENSEE DE BORDEAUX
ONERA OFFICE NATIONAL D'ETUDES ET RECHERCHES AEROSPATIALES

Aide de l'ANR 381 456 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 42 Mois

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