Maturation d’optiques InfraRouges moulable à GRadient d’INdice de réfraction à base de verres de chalcogénures – MIRGRIN

L’objectif de ce projet de maturation est de valider les technologies de fabrication d'optiques infrarouges (IR) à gradient d'indice de réfraction (GRIN) dans deux imageurs thermiques fonctionnant dans la fenêtre atmosphérique de 8-12 µm. Un imageur sera de petit champ/longue focale pour application militaire et l'autre sera de grand champ/petite focale pour application civile (automobile par exemple). La faisabilité de ces technologies a été démontrée lors du projet ASTRID "IRGRIN" terminé en Juin 2023 et de la thèse AID/DGA-Umicore, soutenue en décembre 2022. Ce projet entre clairement dans l’axe thématique photonique.
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. 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 militaires que civiles.
Lors du projet initial (Projet ASTRID + Thèse DGA/AID), nous avons démontré la faisabilité d'optiques IR GRIN moulables avec un diamètre pouvant déjà atteindre 13 mm grâce à la mise au point d'un procédé d'échange ionique innovant et très rapide dans des verres de chalcogénure optimisés. Le profile d'indice de réfraction parfaitement reproductible présente une forme poly-nominale d'ordre 2. En plus, ces optiques présentent une constringence négative, ce qui est rare et permettra d’augmenter l’ouverture de l’optique sans dégrader ses performances. Avec ces optiques GRIN utilisables dans l'infrarouge thermique entre 3-5 ou 8-12 µm, des applications militaires et civiles ont été identifiées.
Dans ce projet de maturation, nous envisageons d'atteindre un TRL=5 pour des optiques IR GRIN avec une constringence négative en réalisant les objectifs suivants :
- Fabriquer des optiques IR GRIN radial avec un procédé industrialisable.
- Fabriquer des optiques IR GRIN sphériques par moulage de verres GRIN axial.
- Développer un traitement antireflet pour des optiques IR GRIN.
- Concevoir, réaliser et qualifier deux imageurs thermiques démonstrateurs, le premier avec grand champ/petite focale utilisant des GRIN radial pour des applications civiles, le second avec petit champ/longue focale utilisant des GRIN sphériques pour des applications de défense. Ces démonstrateurs fonctionneront dans la bande spectrale de 8-12 µm.
- Effectuer une étude de marché et élaborer une stratégie de valorisation.
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 en optiques infrarouges. Ces partenaires ont une longue histoire de collaborations fructueuses.
Les verrous pour cette maturation technologique ont été clairement identifiés. Les solutions pour lever ces verrous, validées par des résultats extrêmement convaincants obtenus lors du projet initial, sont détaillées.