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Giang Nam Nguyen améliore les éléments optiques diffractifs

(3/3) Qui sera le grand gagnant du prix de thèse Futur & Ruptures ? Réponse le 7 avril prochain, lors de la cérémonie de remise des Prix de la Fondation Télécom. Auteurs de thèses distinguées pour leur excellence, les trois lauréats recevront chacun un prix, pour un montant total de 9 500 €. En attendant de connaître le classement final, nous vous présentons dans une série de trois billets leurs travaux, menés au sein des laboratoires des écoles de l’Institut Mines-Télécom.


Giang Nam NguyenNotre dernier lauréat s’appelle Giang Nam Nguyen. Ses travaux, menés à Télécom Bretagne, portent sur les micro-optiques diffractives ou Eléments Optiques Diffractifs (EOD). Son objectif était de fabriquer rapidement des EOD plus performants, en dépassant les limites des modèles existants.

Un élément optique diffractif (EOD) est une plaque de verre sur laquelle ont été inscrites des micro ou nanostructures, et qui diffractent la lumière pour produire un motif désiré. Les EOD servent notamment à produire la grille lumineuse qui lit les codes-barres au supermarché et le faisceau de lecture des appareils DVD et Blu-ray. Ils ont surtout de plus en plus d’applications dans le domaine de la photonique : mise en forme de faisceau laser, télécommunications optiques haut-débit, mémoires optiques, éclairage LED faible consommation, photovoltaïque…
DOE in operation
Cependant, les EOD ont souvent un angle de diffraction limité (<10°) et ne peuvent produire que de petits motifs. Des modèles plus complexes existent, qui permettent d’obtenir n’importe quel angle de diffraction et donc des motifs de plus grande dimension, mais ils nécessitent d’énormes temps de calcul. C’est pourquoi Giang Nam Nguyen a développé des méthodes pour concevoir des EOD avec des angles de diffraction supérieurs à 10° de manière rapide et rentable.
Conception EOD
Ces EOD plus performants ouvrent la voie à des applications actuellement inaccessibles, comme le projet de lentilles pour concentrer les rayons du soleil dans un projet sur les panneaux solaires mené à Télécom Physique Strasbourg, ou encore les nano-imprimantes 3D pour fabriquer du matériel médical actuellement mises au point en partenariat avec l’université Joseph Fourier à Grenoble. Ces travaux font aussi l’objet d’un transfert technologique avec la start-up Holotetrix, une spin-off de Télécom Bretagne spécialisée dans la fabrication d’éléments optiques diffractifs.

A voir : la fabrication des EOD à Télécom Bretagne expliquée par Kevin Heggarty
En savoir + sur le programme Futur et Ruptures

Titre de la thèse : Modélisation, conception et réalisation d’éléments micro-optiques à base de nanostructures diffractantes travaillant dans les régimes au-delà de la diffraction scalaire paraxiale.
Résumé : Cette thèse vise à élargir l’éventail des applications des éléments Optiques Diffractifs (EODs) en développant des modèles, des algorithmes et des techniques de prototypage rapide pour des EODs avec des angles de diffraction > 10°, au delà des limites du modèle scalaire, paraxiale de diffraction. Nous avons développé un propagateur non-paraxiale scalaire en champ lointain précis et efficace pour surmonter les limites des modèles classiques de la diffraction scalaire. Un algorithme itératif basé sur ce propagateur a été développé pour la conception d’éléments de Fourier à grand angle de diffraction. Les résultats expérimentaux confirment que notre propagateur et notre algorithme scalaire, non-paraxiale peuvent être utilisés pour la modélisation et la conception des EODs minces de Fourier avec angles de diffraction jusqu’à environ 37° et peut-être encore plus élevé. Comme il est aussi possible d’obtenir grand angle de diffraction avec des EODs épaisses, la limite de l’approximation d’un élément mince (Thin Element Approximation) a été étudiée en comparaison avec les modèles de la diffraction vectorielle. Nous avons ensuite développé, optimisé et parallélisé un modèle de la diffraction rigoureuse basée sur la FDTD (Finite-Difference Time-Domain) couplée avec notre propagateur non-paraxiale scalaire pour la modélisation et la conception des EODs épaisses de Fourier. Ces modèles et algorithmes nous ont maintenant conduits à la limite de résolution de notre photo-traceur existant utilisé pour la fabrication des EODs. En conséquence, nous avons étudié la possibilité de construire un nouveau phototraceur parallèle basé sur polymérisation à deux photons (2PP) comme un moyen de prototypage rapide et rentable de structures 3D, haute résolution (submicroniques).

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