Métasurfaces actives sur puce pour l'imagerie LiDAR – OCULAR

L’accélération de l'urbanisation de la planète affecte sérieusement les systèmes écologiques, imposant de nouvelles formes de mobilité et de nouvelles méthodes de production et de distribution. L'automobile et la robotique sont des segments majeurs de l'industrie aujourd'hui concernés par ces importants bouleversements. L'objectif de ce programme est de participer au développement de ces secteurs industriels en pleine croissance, en maturant des prototypes d'imagerie capables d'acquérir des informations tridimensionnelles sur l'environnement à des taux de rafraîchissement élevés. Les dispositifs à l’étude pour ce projet permettront de fournir une vision 3D en temps réel aux véhicules (tant dans le contexte civil que militaire) et aux équipements logistiques, répondant aux besoins de ces marchés en croissance, tout en utilisant des solutions technologiques photoniques innovatrices et évolutives. Le système en question est un système LiDAR (Light Detection and Ranging) à base de métasurfaces (MS). Il s’appuie sur les capacités de manipulation de la lumière des MS pour dévier des faisceaux laser dans des directions arbitraires. Ce dispositif sera capable d’obtenir des performances accrues en termes de fréquence d'imagerie, de champ de vision et de résolution par rapport aux dispositifs actuellement disponibles sur le marché. On cherchera à exploiter les connaissances et les résultats acquises dans le cadre d'un programme de Proof of Concept de l’ERC et d'un programme de prématuration du CNRS.

La cartographie de l'environnement à l'aide de type de scanners permet d'atteindre des fréquences d'imagerie élevées et d'obtenir des temps de réponse rapides. Les techniques LiDAR permettent de scanner un environnement et de reconstruire un nuage de points directement interprétable par les systèmes robotiques d’intérêt pour la défense. Nous développerons une nouvelle solution de modules de balayage LiDAR ultrarapides, compacts et efficaces, promettant d'améliorer considérablement les performances tout en réduisant la taille, le poids et le coût élevé des systèmes traditionnels. Nous poursuivrons le développement en nous appuyant sur deux technologies distinctes et brevetées développées dans notre laboratoire, à savoir GEN0 (passive) et GEN1 (active). La technologie GEN0 s'appuie sur une de preuve de concept de LiDAR ultrarapide à Champ de Vue élevé utilisant une métasurface passive. Cette technologie a été publiée dans une revue à fort impact, et a également été reconnue par le CNRS dans la « lettre d'innovation du CNRS». Le principe de fonctionnement du dispositif consiste à cascader une métasurface passive avec un dispositif actif de balayage de faisceau (déflecteur acousto-optique) pour générer un champ de vue extrême de 150X150 degrés. En revanche, le module de balayage du faisceau GEN1, que l’on peut également appeler une "métasurface active", utilise la technologie mature des écrans à cristaux liquides (LCD), mais modernisée avec une architecture de pixels sous-longueur d'onde. Cette approche permettra aux dispositifs à cristaux liquides d’accéder aux applications LiDAR qui étaient jusqu’alors exclusivement réservés aux systèmes mécaniques et promet de réduire le coût de fabrication et la taille du système précédent GEN0. Notre équipe a récemment gagné le concours d’innovation iPhD (gouvernement français et BPIfrance) pour le concept de « Metasurface Active à Cristaux Liquides ». La réalisation du projet OCULAR permettra à notre technologie d'arriver à maturité et d'être capable de réaliser des images LiDAR à longue portée. Ceux-ci pourront être montés sur des véhicules terrestres ou aériens, mais aussi être utilisés dans des jumelles pour le fantassin mais également pour des besoins de systèmes d’imageries compactes, performantes et robustes sur le terrain.