Développement de composants grande surface à nanostructures résonantes pour systèmes de réalité augmentée

Development of resonant nanostructures large area device for augmented reality

• Auteur / Autrice : Gil Cardoso
• Direction : Béatrice Dagens, Frédéric Hamouda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et Optoélectronique, Nano- et Microtechnologies
• Date : Soutenance le 01/07/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Haghiri-Gosnet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Aloyse Degiron, Cécile Gourgon, Serge Ravaine, Daniel Turover
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aloyse Degiron, Cécile Gourgon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoimpression

Réalité augmentée

Résonance plasmonique de surface

Nanotechnologie

Métamatériaux

Mots clés libres

Métasurface

Nanofabrication

Nanoimpression

Plasmonique

Facteur de structure

Réalité augmentée

Metasurface

Nanofabrication

Nanoimprint

Plasmonics

Structure factor

Augmented reality

Résumé

Récemment, les systèmes de visualisation et en particulier la réalité augmentée, ont connu une utilisation accrue pour les applications telles que les affichages tête haute dans l'automobile ou les afficheurs montés sur tête tels que les Google Glass. En raison des contraintes de coût des applications industrielles, des solutions technologiques sont nécessaires pour améliorer l'efficacité de ces dispositifs. Notamment ces systèmes incluent une lame de grande surface qui doit être à la fois transparente dans le visible et réfléchissante pour certaines longueurs d'onde. Elle peut également réaliser la fonction de focalisation ou défocalisation. Dans ce contexte, les métasurfaces réfléchissantes sélectives en longueur d'onde sont considérées comme de bonnes candidates. Ce type de dispositifs a attiré beaucoup d'attention ces dernières années en raison des propriétés uniques qui peuvent être obtenues mais néanmoins, des améliorations significatives sont encore nécessaires pour en faire une option viable. Dans ce travail, nous abordons deux domaines principaux que nous souhaitons améliorer. Le premier est la fabrication de dispositifs de grande surface. Nous présentons ici un procédé basé sur la nanoimpression par timbre souple (Soft NIL-UV) pour fabriquer de grandes surfaces à faible coût. La principale amélioration est une nouvelle technique pour la fabrication de timbres PDMS basée sur l'auto-assemblage de nanosphères de polystyrène combiné à la gravure directe du PDMS. La seconde est le développement d'outils pour étudier l'impact du niveau d'ordre de la métasurface sur l'effet optique obtenu. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser le facteur de structure en raison de son applicabilité aux structures quel que soit leur niveau d'ordre, et de sa bonne adaptabilité aux grandes surfaces lorsque combiné à des programmes de vision par ordinateur. Nous montrons ainsi la faisabilité de la fabrication d'une métasurface grande surface, dont les propriétés optiques sont évaluées avec différents outils (facteur de structure, transmittance, transparence macroscopique).

Recently, visualisation systems, and in particular augmented reality, have seen increased use in applications such as automotive head-up displays or head-mounted displays such as Google Glass. Due to the cost constraints of industrial applications, technological solutions are needed to improve the efficiency of these devices. In particular, these systems include a large surface blade that must be both transparent in the visible range and reflective at certain wavelengths. It can also perform the function of focusing or defocusing. In this context, wavelength-selective reflective metasurfaces are considered good candidates. This type of device has attracted a lot of attention in recent years due to the unique properties that can be obtained but nevertheless, significant improvements are still needed to make it a viable option. In this work, we address two main areas that we aim to improve. The first is the fabrication of large area devices. Here we present a process based on nanoimprint based on soft stamps (Soft NIL-UV) to fabricate large areas at low cost. The main improvement is a new technique for the fabrication of PDMS stamps based on the self-assembly of polystyrene nanospheres combined with direct etching of PDMS. The second is the development of tools to study the impact of the order level of the metasurface on the obtained optical effect. In this thesis, we propose to use the structure factor because of its applicability to structures of any order level and its good adaptability to large surfaces when combined with computer vision programs. We thus show the feasibility of the fabrication of a large surface metasurface, whose optical properties are evaluated with different tools (structure factor, transmittance, macroscopic transparency).