FABulous

FABulous

FABrication of 3D metasurfaces to enable the next generation of high efficiency optical products
Horizon Europe
Agrément n° 101091644
Démarrage : 2022
Fin : 2026

FABulous développera une technologie industrielle d'écriture directe laser (lithographie multiphoton) pour réaliser des traitements de surfaces avec une topographie 3D à l'échelle nanométrique afin de fabriquer des métasurfaces 3D fonctionnelles à haute résolution pour des produits avancés ultra-légers. Ces métasurfaces seront capables de manipuler la lumière avec une flexibilité sans précédent et ouvriront la possibilité de concevoir et de fabriquer des produits plus petits, plus légers et plus respectueux de l'environnement, en remplaçant les composants encombrants et/ou les revêtements chimiques actuellement utilisés pour améliorer l'efficacité et la performance des produits optiques dans des applications telles que la conception et la fabrication de capteurs, de feux de circulation diurnes (DRL) pour automobiles et de générateurs d'énergie solaire.

Contexte du projet

Les nanostructures 3D ont un très large éventail d'applications en photonique (ex. hologrammes de sécurité), en médecine (bio-scafolds), dans les revêtements de surface (anti-buée) et ailleurs. Cependant, il n'existe actuellement aucune technologie de fabrication capable de produire des nanostructures 3D à un débit commercialement viable. La lithographie multiphoton (MPP) permet de fabriquer des nanostructures « vrai 3D », mais le processus MPP actuel est intrinsèquement lent, car il implique une translation point-par-point d'un faisceau focalisé dans une couche de polymère. La fabrication d'un composant haute résolution sur une surface de cm2 nécessite actuellement des heures, voire des jours de tracer. Un précédent projet H2020 (Phenomenon) a démontré la faisabilité de la parallélisation du processus en utilisant des éléments optiques diffractifs (DOE) et des modulateurs spatiaux de lumière (SLM) pour écrire simultanément avec des centaines, voire des millions de faisceaux. FABulous vise à étendre, améliorer et appliquer cette approche pour fabriquer des métasurfaces 3D de haute résolution à des débits viables pour la production en série.

Méthode utilisée

Pour atteindre la résolution 3D (~300nm) et les taux de tracé (cm2/min) visés, le consortium parallélisera massivement le processus d'écriture en utilisant simultanément des centaines, voire des millions de faisceaux d'écriture basés sur la technologie de division de faisceau DOE et les SLM (micro-affichages), comme l'illustrent les schémas ci-dessous.

DOE-based approach

DOE-based approach

 

SLM-based approach

SLM-based approach

Ces approches ont été utilisées avec succès dans le précédent projet Phenomenon pour augmenter les vitesses d’écriture de plusieurs ordres de grandeur, mais souvent au prix d'une réduction de la résolution du tracé en raison de l'interférence entre les points d'écriture voisins très rapprochés. Ici, les partenaires modéliseront la photo-chimie du processus d'écriture parallèle MPP en 3D (distribution de la lumière, diffusion optique et chimique...) et utiliseront ensuite ces modèles et la connaissance du processus pour précompenser les données de tracé afin de tenir compte de ces effets et de les corriger (correction de proximité optique) pour augmenter la résolution. Cette technique sera combinée à des stratégies de traçage innovantes, à des lasers femtoseconde haute performance/puissance et à des étages XYZ à nanotranslation pour maintenir la résolution tout en augmentant le nombre de faisceaux d'écriture parallèles et, ainsi, la vitesse d’écriture globale.

MPP-written structures (11x11 in parallel)

MPP-written structures (11x11 in parallel)

Example parallel MPP-written 3D structures.

Example parallel MPP-written 3D structures

Rôle de l’école

Le rôle du département d'optique d'IMT Atlantique (site de Brest) dans le projet est de concevoir, construire, modéliser et optimiser un prototype de photoplotter de polymérisation multiphoton massivement parallélisé (ou "nano-imprimante 3D") en utilisant des DOEs conçus et fabriqués dans les salles blanches du département et des SLMs commerciaux. Les premières structures de démonstration à petite échelle seront fabriquées pour les applications des utilisateurs finaux avec ce photoplotter et la technologie sera ensuite transférée aux partenaires de production pour la fabrication des structures de démonstration industrielle à grande échelle.

Partenaires

  • Coordinateur : ASOCIACION DE INVESTIGACION METALURGICA DEL NOROESTE - AIMEN (Coordination du projet et fabrication du démonstrateur)

Participants

  • MULTIPHOTON OPTICS GMBH (Conception/fabrication d'une machine industrielle à écriture directe et fabrication d'un démonstrateur)
  • INSTITUT MINES-TELECOM (Conception de prototypes, assemblage et fabrication à petite échelle)
  • FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG EV - FHG (Modélisation des processus photochimiques)
  • IDRYMA TECHNOLOGIAS KAI EREVNAS - FOUNDATION FOR RESEARCH AND TECHNOLOGYHELLAS (Conception de nanostructures photoniques 3D et fabrication de focalisation temporelle)
  • THALES - THALES (Utilisateur final et conception de nanostructures en 3D)
  • PSA AUTOMOBILES SA - PSA (Utilisateur final)
  • FICOSA ADAS, S.L. - FICOSA ADAS, S.L. (Utilisateur final et conception optique)
  • INNOVATION IN RESEARCH & ENGINEERING SOLUTIONS - IRES (Analyse de l'impact environnemental du cycle de vie)
  • PLANOPSIM NV (Modélisation et conception optiques)

 

Funded by the European Union This project has received funding from the European Union’s Horizon Europe research and innovation programme under grant agreement number 101091644

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