Technologie d'optique planaire reconfigurable pour l'imagerie. – PROFIT

Contexte – Les composants optiques intégrés et reconfigurables sont des éléments essentiels pour améliorer les performances de nouveaux dispositifs photoniques, que ce soit pour des applications grand public (par ex. affichage 3D, appareils photo) ou des applications de recherche et clinique (par ex. microscopie, endoscopie). Pour répondre à ces nouveaux besoins, plusieurs solutions ont récemment été proposées : lentilles à focale variable, modulateurs spatiaux de lumière, ou métasurfaces reconfigurables. Toutefois, les technologies de mise en forme du front d’onde ne répondent pas encore aux besoins de nombreuses applications émergentes de la photonique : compacité, production à bas coûts, fonctionnement en transmission et reconfigurabilité (au delà de la simple accordabilité).

Motivation - Le projet PROFIT s’appuie sur un nouveau concept de mise en forme du front d’onde appelé Smartlens, consistant à façonner la phase de la lumière en utilisant l’effet thermo-optique, c’est-à-dire la dépendance de l’indice de réfraction avec la température (effet impliqué dans les mirages). En structurant la distribution de température dans un matériau thermo-optique, on peut créer la distribution d’indice de réfraction correspondant à un élément optique souhaité. Dans une collaboration récente (Berto et al, Nature Photonics, 2019), nous avons démontré la faisabilité de l'approche Smartlens et exploré son potentiel dans le contexte de l'optique planaire « freeform ». Bien qu’extrêmement prometteur, le concept des Smartlens en est encore à ses débuts et plusieurs limitations empêchent encore son application à l’imagerie avancée.

Objectifs - Le projet PROFIT vise à relever ces défis scientifiques et à appliquer, dans un contexte d'endoscopie et de microscopie, la technologie développée. Le premier objectif du projet est d'améliorer les performances d'une Smartlens individuelle en augmentant sa transmission, sa gamme dynamique et, au-delà de l'accordabilité, de démontrer la reconfigurabilité, c'est-à-dire la possibilité de changer de fonction optique. Le deuxième objectif est d'étendre la technologie à une matrice de Smartlens en combinant la gestion des effets thermiques avec de nouvelles architectures optiques. Enfin, nous souhaitons montrer que, parmi ses diverses applications potentielles, la technique développée peut apporter des solutions simples et efficaces aux problèmes d'imagerie biologique en profondeur à grande vitesse. Elle permettra ainsi de répondre à des enjeux cruciaux du domaine florissant de la Neurophotonique.

Résultats attendus - En combinant des expertises complémentaires, cette collaboration permet d’apporter le savoir-faire et les compétences nécessaires (allant du génie photonique à la gestion micrométrique de la chaleur, en passant par l'imagerie avancée ou la neurophotonique) pour mettre en œuvre et appliquer les solutions innovantes proposées dans PROFIT. Au-delà de l'endoscopie et de la microscopie, les résultats du projet devraient avoir un impact dans tous les domaines de la photonique et bénéficier à un large éventail d'applications, soit pour les systèmes scientifiques (par exemple, l'optique adaptative), soit pour les systèmes grand public (par exemple, l'imagerie par téléphone portable, les écrans 3D ).