Photo-structuration 3D d’optiques à gradient d’indice par des faisceaux de Bessel issus d’un laser femtoseconde

Résumé

Présentation du projet post-doctoral, contexte et objectif : Un des axes de recherche du département d’Optique et Techniques Associées (DOTA) consiste à concevoir des instruments optiques dont la masse, l’encombrement et la consommation électrique sont réduits afin de faciliter leur utilisation sur le terrain lors de campagnes de mesures, ou encore de pouvoir les embarquer sur des drones ou des nanosats. Outre leur compacité, ces systèmes sont dotés de fonctions d’imagerie avancées (telle que l’imagerie multispectrale dans l’infrarouge par exemple). Pour cela, nous explorons des concepts optiques non conventionnels, dont nous évaluons l’apport pour les systèmes optroniques. Par exemple, nous étudions l’intérêt des surfaces freeform, c’est-à-dire sans axe de symétrie, ou encore des lentilles à gradient d’indice de réfraction, qui permettent de modifier le trajet de la lumière dans le volume du matériau et non pas uniquement en courbant ses surfaces. Le DOTA en collaboration avec l’ICMMO (Institut de Chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay, Université ParisSaclay) ont réalisé des lentilles à gradient d’indice (appelées lentilles GRIN pour gradient index) fonctionnant dans l’infrarouge. L’ICMMO dispose d’un laser femtoseconde capable de structurer une lame dans son épaisseur pour créer des variations de phase ou d’indice contrôlées permettant d’implémenter des gradients. De premières lentilles à gradient d’indice et lentilles de Fresnel à gradient d’indice ont été réalisées dans des lames à faces parallèles. La variation de phase obtenue en une couche de structuration est actuellement faible et plusieurs couches de structuration sont nécessaires pour réaliser une fonction de phase satisfaisante. Les microstructures engendrées par l’approche multicouche de structuration génèrent de la diffusion dans le matériau qui dégrade la qualité d’imagerie de l’optique. Les objectifs principaux du postdoc seront : • Evaluer le potentiel de la structuration laser pour réaliser une impression 3D de fonctions optiques dans l’épaisseur d’un matériau. • Explorer l’intérêt des faisceaux de Bessel ou toute mise en forme spatio-temporelle pour obtenir des empreintes étendues pour la structuration de fonctions optiques. • Améliorer la structuration de lentilles à gradient d’indice (GRIN) pour réduire la diffusion intravolume et améliorer la qualité d’imagerie. Dans un premier temps, il s’agira de faire évoluer le banc laser pour obtenir des faisceaux de Bessel, d’établir des abaques reliant la variation de phase et indice induites aux différents paramètres du laser (cadence, énergie, durée de l’impulsion, ouverture numérique, vitesse d’inscription et discrétisation). Le matériau à étudier sera le verre Corning 9754 transparent jusque 5mm. La phase des premières réalisations sera évaluée soit par la méthode par résolution de l’équation de transport d’intensité bien maitrisée à l’ICMMO et/ou par la méthode de mesure de front d’onde avec un analyseur de front d’onde de type Phasics, disponible à l’ONERA. L’empreinte de la structuration sera également étudiée au microscope optique en champ proche SNOM ainsi qu’en ellipsométrie spectroscopique IR. Dans un deuxième temps, les abaques obtenues permettront de choisir un mode de fonctionnement privilégié du laser. De premières fonctions de phase pourront alors être réalisées (optiques convergentes, optiques diffractives, phase asphérique ou phase freeform…). En particulier des matrices de lentilles seront réalisées afin de faire évoluer certains concepts multivoies développés à l’ONERA pour des applications d’imagerie multispectrale ou hyperspectrale. La qualité de ces diverses optiques sera évaluée expérimentalement avec une attention particulière sur l’impact de la diffusion intravolume des structures inscrites.

Ainsi les objectifs spécifiques du postdoc seront : • Développer un banc laser pour générer des faisceaux de Bessel. • Établir des abaques reliant les paramètres du laser aux variations de phase et d’indice induites. • Évaluer la phase des premières réalisations. • Caractériser l’empreinte de la structuration. • Réaliser des fonctions de phase pour des optiques avancées à l’aide des abaques obtenues. • Évaluer expérimentalement la qualité des optiques réalisées. Les travaux du postdoc feront l’objet d’une valorisation à travers des publications dans des revues à comité de lecture et des communications lors de congrès. Pour mener à bien les travaux, le/la post doc s’appuiera sur les compétences et les moyens expérimentaux disponibles dans les laboratoires du DOTA et de l’ICMMO. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de l’ANR OPTOPHAB. Il/elle aura donc l’opportunité d’échanger avec le laboratoire Femto-ST à Besançon sur la mise en forme des faisceaux laser à impulsions ultracourtes.

Formation demandée

Expérience demandée

Docteur ou docteur-ingénieur ayant des compétences en conception optique, en expérimentation optique utilisant un laser et ayant un fort intérêt pour des projets inter-disciplinaires