Vers des composants holographiques compacts et sur-mesure

Résultat scientifique Photonique

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 innovante. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications.

Les systèmes d'affichage 3D reposent aujourd'hui sur des dispositifs optiques encombrants (filtres, polariseurs...). Une diffusion plus large de l'image 3D, dans des systèmes de réalité virtuelle ou augmentée, passe par la création de composants très compacts réalisant les fonctions optiques nécessaires. Une équipe du Centre de recherche sur l'hétéro-épitaxie et ses applications (CRHEA, CNRS/Université Côte d’Azur) a franchi une étape dans ce sens en fabricant un composant planaire à base de nitrure de gallium, capable de projeter un hologramme 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 la méthode d'imagerie, dite de ptychographie vectorielle, ont pu cartographier sur le composant les propriétés optiques responsables de la projection de l’hologramme et du contrôle de polarisation.

Le dispositif mis au point par les chercheurs est un composant optique ultra mince, obtenu en créant à la surface d'un matériau des structures de taille inférieure à la longueur d'onde de 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. Après une lithographie par faisceau d'électrons, les nanorectangles sont gravés sur la surface du GaN. A titre de démonstration, 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 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, 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.

© Institut Fresnel-CRHEA
À gauche, image en microscopie électronique du méta-hologramme (extrait). Au centre, cartographie optique du méta-hologramme (extrait), obtenue par ptychographie. À droite, fonction optique du méta-hologramme : éclairé par un faisceau laser, le composant projette le sigle CNRS, chaque lettre portant une polarisation différente.

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

Contact

Patrick Ferrand
Institut Fresnel
Patrice Genevet
CRHEA
Communication INSIS