Lidar FMCW intégré pour une imagerie 3D rapide et robuste

Integrated FMCW Lidar for High Speed & Robust 3D Imaging

• Auteur / Autrice : Pritam Patra
• Direction : Eric Cassan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique, Photonique et Micro-Nanotechnologies
• Date : Inscription en doctorat le 01/08/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio-physics and engineering
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Photonique
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Laser

Lidar

Photonique

Lidar

Photonics

Laser

Résumé

La convergence de la technologie LiDAR à onde continue modulée en fréquence (FMCW) avec les plateformes de circuits intégrés photoniques (PIC) représente une avancée technologique cruciale répondant aux demandes croissantes de systèmes de détection 3D compacts et haute performance. Ce domaine de recherche se situe à l'intersection des technologies photoniques avancées et de l'électronique, motivé par le besoin urgent de surmonter les limitations de taille, de poids, de puissance et de coût des architectures LiDAR conventionnelles tout en maintenant ou en améliorant les performances de détection. La technologie LiDAR FMCW offre des avantages convaincants par rapport aux approches traditionnelles de temps de vol, notamment une immunité supérieure aux interférences ambiantes, des capacités de résolution de portée améliorées et une mesure de vitesse basée directement sur le Doppler. Ces caractéristiques positionnent les systèmes FMCW comme des composants essentiels pour les véhicules autonomes de nouvelle génération, les applications aérospatiales, la robotique et les systèmes industriels de précision.La capacité de cette technologie à fournir des données de vitesse instantanées pour chaque point mesuré ouvre des perspectives significatives pour la prise de décision en temps réel dans des applications critiques pour la sécurité, de la navigation autonome au suivi des débris spatiaux et aux systèmes d'atterrissage planétaire. Je prépare un doctorat chez Thales Research and Technology axé sur le développement d'un LiDAR à onde continue modulée en fréquence sur puce pour une imagerie 3D rapide et robuste. Je participe à une équipe internationale du projet de réseau doctoral NiteLiDAR, financé par l'UE. Ce réseau comprend dix doctorants répartis dans trois universités, une organisation internationale de R&D et une entreprise, avec des partenaires dans quatre pays de l'UE. Mes recherches s'inscrivent dans le thème général des circuits intégrés photoniques et électroniques pour les technologies LiDAR de nouvelle génération. Je mène mon projet de doctorat principalement chez Thales Research and Technology (TRT) à Palaiseau, en France, sous la supervision académique du Dr Eric Cassan du C2N (CNRS/Université Paris-Saclay), qui assurera un contact régulier avec l'équipe hôte de TRT tout au long du projet. Mon plan de recherche comprend des détachements stratégiques à l'Université Technique d'Eindhoven aux Pays-Bas et à l'Université Technique du Danemark. De plus, je participerai à des réunions collaboratives avec les autres 9 doctorants du réseau doctoral, y compris la participation à 3 écoles de formation spécialisées. Grâce à ce poste, je m'intègre dans l'équipe d'experts de TRT, qui se spécialise dans la conception, la simulation, la caractérisation et l'application de circuits intégrés photoniques (PIC). Je tirerai profit de l'expertise approfondie de TRT en systèmes LiDAR FMCW, englobant à la fois des composants en vrac et des composants PIC. Mes activités créeront des synergies avec les projets existants au sein du groupe et compléteront d'autres initiatives départementales. Je travaille sous la supervision principale du Dr. Jérôme Bourderionnet chez TRT, avec co-supervision d'Eric Cassan, qui fournira une supervision complète des aspects scientifiques de mon doctorat. Il y aura également des réunions communes avec les autres 9 doctorants du réseau doctoral.

The convergence of Frequency-Modulated Continuous-Wave (FMCW) LiDAR technology with Photonic Integrated Circuit (PIC) platforms represents a critical technological frontier addressing the growing demands for compact, high-performance 3D sensing systems. This research domain sits at the intersection of advanced photonics and electronics technologies, driven by the urgent need to overcome the size, weight, power, and cost limitations of conventional LiDAR architectures while maintaining or enhancing sensing performance. FMCW LiDAR technology offers compelling advantages over traditional time-of-flight approaches, including superior immunity to ambient interference, enhanced range resolution capabilities, and direct Doppler-based velocity measurement. These characteristics position FMCW systems as essential components for next-generation autonomous vehicles, aerospace applications, robotics, and precision industrial systems. The technology's ability to provide instantaneous velocity data for each measured point creates significant opportunities for real-time decision-making in safety-critical applications, from autonomous navigation to space debris tracking and planetary landing systems. I am pursuing a PhD position at Thales Research and Technology focused on developing a Frequency Modulated Continuous Wave LiDAR on-chip for high-speed and robust 3D imaging. I am a participant of an international team within the EU-funded Doctoral Network project called NiteLiDAR. This network comprises 10 PhD students distributed across 3 universities, an international R&D organization, and a company, with partners spanning four different EU countries. My research aligns with the overarching theme of photonic and electronic integrated circuits for next-generation LiDAR technologies. I conduct my PhD project primarily at Thales Research and Technology (TRT) in Palaiseau, France, with academic supervision from Dr. Eric Cassan at C2N (CNRS/Paris-Saclay University), who will maintain regular engagement with the TRT host team throughout the project duration. My research plan includes strategic secondments at the Technical University Eindhoven in the Netherlands and at the Technical University of Denmark. Additionally, I will participate in collaborative meetings with the other 9 PhD students in the doctoral network, including attendance at 3 specialized training schools. Through this position, I integrate into TRT's expert team, which specializes in the design, simulation, characterization, and application of photonic integrated circuits (PIC). I will leverage TRT's extensive expertise in FMCW LiDAR systems, encompassing both bulk and PIC components. My activities will create synergies with existing projects within the group and complement other departmental initiatives. I work under the primary supervision of Dr. Jérôme Bourderionnet at TRT, with co-supervision from Eric Cassan, who will provide comprehensive oversight of the scientific aspects of my PhD. There will also be common meetings with the other 9 Ph.D. students in the doctoral network, including 3 training schools.