Vers des composants holographiques compacts et sur-mesure

Publié par Redbran le 24/06/2020 à 13:00
Source: CNRS INSIS
Des chercheurs du CRHEA ont réalisé un composant photonique planaire capable de projeter une image holographique comportant plusieurs états de polarisations contrôlés. Le composant a pu être caractérisé entièrement à l'Institut Fresnel grâce à une technique d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait...) innovante. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.


À gauche, image en microscopie électronique du méta-hologramme (extrait).
Au centre, cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) du méta-hologramme (extrait), obtenue par ptychographie.
À droite, fonction optique du méta-hologramme: éclairé par un faisceau laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser...), le composant projette le sigle CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), chaque lettre portant une polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En électronique, la polarisation est...) différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie...).
© Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) Fresnel-CRHEA

Les systèmes d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support destiné à son émission, externe ou interne, ce qui en fait un média à part entière sans contexte rédactionnel....) 3D reposent aujourd'hui sur des dispositifs optiques encombrants (filtres, polariseurs...). Une diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) plus large de l'image 3D, dans des systèmes de réalité virtuelle (La réalité virtuelle est une simulation informatique interactive immersive, visuelle, sonore et/ou haptique, d’environnements réels ou imaginaires.) ou augmentée, passe par la création de composants très compacts réalisant les fonctions optiques nécessaires. Une équipe du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) sur l'hétéro-épitaxie et ses applications (CRHEA, CNRS/Université Côte d'Azur) a franchi une étape dans ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement du vieillissement, suivi de son...) en fabricant un composant planaire (Les planaires sont des vers plats libres nageurs ou rampants. Des espèces vivent en mer, d'autres en eau douce, jusque dans les sols très humides.) à base de nitrure de gallium (Le gallium est un élément chimique, de symbole Ga et de numéro atomique 31. Sa température de fusion (29,76 °C) lui permet de fondre...), capable de projeter un hologramme (L'hologramme est le produit de l'holographie. Il s'agit historiquement d'un procédé de photographie en relief. Aujourd'hui, un hologramme représente une image en trois dimensions...) avec une variation contrôlée des états de polarisations. Les chercheurs de l'Institut Fresnel (CNRS/Aix-Marseille Université/Centrale Marseille), qui ont mis au point (Graphie) la méthode d'imagerie, dite de ptychographie vectorielle, ont pu cartographier sur le composant les propriétés optiques responsables de la projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane...) de l'hologramme et du contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de polarisation.

Le dispositif mis au point par les chercheurs est un composant optique ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport...) mince, obtenu en créant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) d'un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) des structures de taille inférieure à la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) utilisée. La structuration de ces "métasurfaces" est précalculée pour réaliser la fonction optique visée. Le composant, réalisé au CRHEA, est fabriqué dans un film mince de nitrure de gallium (GaN) déposé sur un substrat en saphir (Le saphir est une variété gemme de corindon pouvant présenter de multiples couleurs, sauf la couleur rouge qui désigne alors uniquement le rubis. Le saphir est une pierre précieuse). Après une lithographie par faisceau d'électrons, les nanorectangles sont gravés sur la surface du GaN. A titre de démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées à partir de propositions initiales, en...), les chercheurs ont utilisé le composant ainsi réalisé, pour projeter un hologramme du sigle CNRS dans lequel chaque lettre porte une polarisation différente.

La technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de fabrication du composant couplée à la méthode innovante de caractérisation de ses propriétés optiques ouvrent la voie à la réalisation de composants optiques compacts et effectuant une fonction sur-mesure. Outre les applications potentielles en imagerie 3D, les chercheurs explorent son utilisation possible en cryptographie (La cryptographie est une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et intégrité) en s'aidant souvent de secrets ou...), en encodant des informations grâce au contrôle de la polarisation réalisé par une métasurface. La même approche pourrait également déboucher sur des techniques innovantes d'impression en très haute résolution.

References:
Ptychography retrieval of fully polarized holograms from geometric-Phase Metasurfaces,
Q. Song, A. Baroni, R. Sawant, P. Ni, V. Brandli, S. Chenot, S. Vézian, B. Damilano, P. de Mierry, S. Khadir, P. Ferrand, and P. Genevet,
Nature Communications 11, 2651 (2020)
https://doi.org/10.1038/s41467-020-16437-9

Contacts:
- Patrick Ferrand - Institut Fresnel - patrick.ferrand at fresnel.fr
- Patrice Genevet - CRHEA - Patrice.Genevet at crhea.cnrs.fr
- Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) INSIS - insis.communication at cnrs.fr
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