Projet BEAMS
L'utilisation de faisceaux laser est l'élément clé de nombreuses technologies de nouvelle génération qui sont actuellement en cours de développement et qui suscitent un intérêt croissant, comme les communications optiques à haut débit entre véhicules en mouvement, la détection pour la conduite autonome des voitures ou l'imagerie médicale. L'applicabilité à grande échelle de ces technologies est toutefois fortement limitée par les systèmes nécessaires pour générer, contrôler et détecter les faisceaux laser, qui sont aujourd'hui réalisés à l'aide de dispositifs volumineux et gourmands en énergie, basés sur des éléments optiques et mécaniques classiques (par exemple, des lentilles, des miroirs et des moteurs).
BEAMS (Multilayer photonic integration platform for free space optics) est un projet multidisciplinaire qui vise à surmonter ces limites en exploitant la photonique du silicium. L'idée originale est de développer une nouvelle classe de systèmes intégrés photoniques intégrant tous les composants nécessaires à la manipulation du faisceau laser, c'est-à-dire des antennes optiques, des circuits de contrôle et des éléments optiques plats, le tout contrôlé par des algorithmes d'apprentissage automatique. Ces puces intégrées et de faible puissance fourniront finalement l'alternative recherchée aux systèmes de masse existants, permettant le contrôle de la lumière se propageant dans l'espace libre par le biais de dispositifs compacts.
La génération, le contrôle et la réception de faisceaux laser sont essentiels pour de nombreuses technologies de nouvelle génération. Le projet BEAMS vise à utiliser la photonique de silicium multicouche pour développer des puces intégrées de faible puissance contenant tous les composants nécessaires à la manipulation des faisceaux laser, offrant ainsi une alternative attrayante aux systèmes de masse basés sur des dispositifs optiques et mécaniques classiques.
La technologie nécessaire à la réalisation de ces puces sera développée au C2N grâce aux installations de nanofabrication et au savoir-faire uniques dont il dispose. Un laboratoire d'essai dédié sera créé au C2N pour caractériser expérimentalement et démontrer les dispositifs fabriqués.
Parcours
Daniele Melati a obtenu son doctorat au Politecnico di Milano (Italie) en travaillant à la fois sur les techniques de modélisation des technologies d'intégration photonique génériques, avec un accent particulier sur l'analyse stochastique pour prédire les effets de la rugosité distribuée des guides d'ondes et des imperfections de fabrication, et sur le développement de grands circuits photoniques reconfigurables. Pendant son doctorat, il a également été chercheur invité dans le groupe d'intégration photonique de l'Université de technologie d'Eindhoven.
Il a ensuite rejoint le Conseil national de recherches du Canada en 2017. Ici, il a eu la possibilité de concentrer son intérêt pour les outils de conception avancés en ouvrant la voie à l'utilisation de techniques d'apprentissage automatique pour le développement de dispositifs photoniques complexes. Il a également commencé ses travaux sur les dispositifs intégrés pour l'optique en espace libre avec la démonstration d'antennes et de réseaux phasés en silicium très performants.
En 2020, il a finalement rejoint le Centre de Nanoscience et de Nanotechnologie (C2N, CNRS/Université Paris-Saclay/Université Paris Cité) où il explore actuellement les potentialités de la conception inverse, de l'optimisation et de l'apprentissage automatique pour développer efficacement des dispositifs basés sur des métamatériaux pour le proche et le moyen infrarouge. Il a lancé une nouvelle ligne de recherche sur les métasurfaces optiques et leur intégration avec des dispositifs photoniques afin d'étudier leur utilisation pour la génération, la détection et le contrôle de faisceaux optiques en espace libre, ce qui fait l'objet de son projet ERC-StG BEAMS.
Remerciements
Un environnement favorable est le fondement d'un projet réussi, dès sa conception et tout au long de son développement, et dans ce domaine, le C2N a occupé une place particulière. De nombreuses personnes talentueuses ont accepté d'apporter leur expérience lors de la préparation de la proposition et de l'entretien avec le jury, avant tout au sein du groupe Minaphot, mais aussi de nombreuses autres équipes dans les différents départements, plateformes et services.
Un soutien constant est également venu de l'extérieur du C2N, grâce aux efforts considérables déployés par le CNRS et l'Université Paris-Saclay pour organiser des sessions d'information sur l'ERC, des séances de coaching individuel, des conseils professionnels et de nombreux essais d'entretien, ainsi que par le biais d'un réseau établi de collaborateurs scientifiques de confiance dans le monde entier.
L'impact de toutes ces contributions inestimables est évident dans la différence frappante entre la première et la dernière version de la proposition, de la diapositive de présentation et du discours, ou dans le nombre de questions possibles que j'ai réussi à rassembler pendant la préparation de l'entretien.
BEAMS est sans aucun doute le résultat d'un effort collectif et il aurait difficilement vu le jour sans toutes ces personnes à qui vont mes plus profonds remerciements pour leur temps et leur générosité.
Laurent Ardhuin for C2N
