Rapport de synthèse - Central Authentication Service (CAS)

Rapport de synthèse
présenté par
Kevin Heggarty
pour l’obtention de
l’Habilitation à Diriger des Recherches
Contribution à l'étude, la fabrication et
l'application des éléments optiques
diffractifs, fixes et reconfigurables.
Soutenu le 14 septembre 2010 devant le jury composé de:
Trevor Hall Président
Pierre Ambs Rapporteur
Pierre Pellat-Finet Rapporteur
Gilles Keryer Rapporteur
Jean-Louis de Bougrenet de la Tocnaye Examinateur

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HDR de Kevin Heggatry
Table des matières
1 Introduction.........................................................................................................................5
2 Résumé du Parcours Scientifique......................................................................................7
3 Traitement optique de l'information...................................................................................11
3.1 Introduction................................................................................................................11
3.2 Réseaux de Neurones...............................................................................................11
3.2.1 Implantation opto-electronic d'un réseau de neurones......................................12
3.2.2 Implantation optique d'un réseau de neurones..................................................12
3.3 Reconnaissance de formes pour les applications dans le transport routier.............14
4 Les modulateurs spatiaux de lumière et leur applications hors affichage........................17
4.1 Introduction et définitions...........................................................................................17
4.2 Caractéristiques principales des MSL.......................................................................18
4.3 Différentes technologies MSL....................................................................................21
4.3.1 MSL à cristaux liquides......................................................................................21
4.3.2 MSL à micro-miroirs MEMS...............................................................................22
4.3.3 MSL à effet magnéto-optique.............................................................................23
4.3.4 MSL à puits quantiques......................................................................................24
4.3.5 MSL optiquement adressés................................................................................24
4.4 Projets et Contributions aux MSL et à leurs applications..........................................24
4.4.1 Réseaux de neurones Hopfield et MSL Magnéto-Optique................................24
4.4.2 Réseaux de neurones Kohonen et les modulateurs Ferroéléctriques...............25
4.4.3 Projet DRAWMAP – phototraçage massivement parallèle................................25
4.4.4 Projet LASSAR – analyse de faisceau...............................................................26
4.4.5 Pincettes optiques..............................................................................................27
4.4.6 Commutation de communications optiques.......................................................29
4.4.7 Projet PRINT – phototraçage UV.......................................................................30
4.5 Conclusions et futur développements.......................................................................31
5 Optique Diffractive Synthétique........................................................................................33
5.1 Introduction................................................................................................................33
5.2 Définitions et restrictions............................................................................................33
5.3 Modélisation et calcul................................................................................................34
5.3.1 Régimes de diffraction........................................................................................34
5.3.2 Besoin de codage de EOD synthétiques...........................................................36
5.3.3 Les algorithmes de calcul de EOD synthétiques...............................................38
5.4 Fabrication.................................................................................................................41
5.4.1 Masquage photo-lithographique.........................................................................42
5.4.2 Écriture Directe...................................................................................................44
5.4.3 Copie d'EOD par nano-embossage...................................................................48
5.5 Caractérisation...........................................................................................................49
5.6 Applications................................................................................................................51
5.6.1 Mesure front d'onde............................................................................................51
5.6.2 Interconnexion de fibres multi-cœurs ................................................................52
5.6.3 Holotetrix............................................................................................................53
5.7 Conclusion et perspectives........................................................................................53
6 Conclusion et perspectives...............................................................................................57
7 Bibliographie.....................................................................................................................61
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8 Liste des abréviations.......................................................................................................68
............................................................................................................................................70
Annexe 1 - C.V. de Kevin Heggarty.....................................................................................71
Annexe 2 - Encadrement Doctoral.......................................................................................73
Annexe 3 - Projets de Recherche........................................................................................75
Annexe 4 - Publications et Communications.......................................................................77
Annexe 5 - Activités d'Enseignement..................................................................................81
Annexe 6 - Sélection de publications scientifiques..............................................................83
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1 Introduction
Il y a plusieurs manières de faire une synthèse de plus de vingt ans de travaux de
recherche. Une présentation chronologique aurait probablement été le plus simple mais j'ai voulu
essayer de rendre ce manuscrit un peu plus utile qu'un simple catalogue des activités d'une
personne. J'ai donc choisi un découpage thématique. L'inconvénient de cette approche est qu'un bon
nombre des activités et projets de recherche se trouvent forcément dans plusieurs thèmes, ce qui
mène à quelques redites et parfois à une impression de morcellement. Le désir d'utilité a cependant
été plus fort et c'est le découpage thématique qui a été retenu dans l'espoir que certaines parties du
manuscrit pourraient intéresser et peut-être servir à quelqu'un d'autre que l'auteur.
Pour chaque thème j'ai essayé de faire une courte introduction sur les motivations de la
recherche dans le domaine, sur l'historique des recherches et sur les avantages et les inconvénients
des principales techniques utilisées. Le but n'est en aucun cas de faire un état de l'art car, pour
chaque thème, il existe d'excellents articles de revue ou de livres qui font cela déjà, mieux et plus en
détail qu'il n'est possible de faire ici (j'essaie d'indiquer et de recommander quelques uns de ces
textes dans mes références). L'objectif des introductions est surtout de dessiner le contexte afin de
permettre au lecteur de mieux situer notre travail et comprendre notre contribution.
Le premier thème, le traitement optique de l'information, n'est pas le sujet principal de mes
activités de recherche, mais il était le premier, perdure en quelque sorte en tâche de fond et figure
surtout parce qu'il m'a mené aux deux autres sujets qui à l'origine, n'étaient que des outils pour me
permettre d'étudier le traitement optique de l'information mais qui sont ensuite devenus mes thèmes
de recherche principaux.
En regardant rétrospectivement mes travaux de recherche pour préparer ce manuscrit, je me
suis rendu compte que les modulateurs spatiaux de lumière (MSL) figurent dans presque tous les
dispositifs expérimentaux que j'ai conçus et réalisés. J'ai eu la chance de les utiliser et de les
développer sous pratiquement tous leurs aspects : technologies à micro-miroirs et à cristaux
liquides, électriquement adressés et optiquement adressés, modulation d'amplitude, de phase et de
polarisation, modulation binaire et continue, spectre visible, infra-rouge et ultra-violet, en imagerie
et en diffraction ... Comme deuxième thème, traité au chapitre 4, j'ai donc choisi les modulateurs
spatiaux de lumière.
Le dernier thème, les éléments optiques diffractifs (EOD), est probablement le plus complet
car à travers mes différents travaux, projets et contrats de recherche j'ai été amené à aborder en
détail la modélisation, le calcul, la fabrication, la caractérisation, l'application et jusqu'à la
commercialisation de ces composants de plus en plus répandus.
Le lecteur remarquera rapidement que la plus grande partie de mes travaux de recherche sur
ces thèmes s'est déroulée dans le cadre de projets et contrats de recherche que j'ai dirigés et des
thèses que j'ai encadrées. Afin de ne pas interrompre le fil de la présentation scientifique et
technique, les détails plus administratifs de mes projets et collaborations industriels et
institutionnels (Européens et Régionaux) se trouvent dans les annexes, tout comme les détails
administratifs des thèses encadrées. Il en va de même pour l'autre aspect important dans les activités
d'un enseignent-chercheur : l'enseignement. C'est un aspect très important qu'il ne faut pas laisser de
côté mais il me semble qu'il a peu sa place dans un manuscrit d'habilitation à diriger des
recherches. Une synthèse de mes activités d'enseignement se trouve donc dans l'annexe 5.
Enfin, pour ne pas laisser complètement de côté la présentation chronologique qui peut aider
à comprendre la cohérence, nous verrons maintenant dans le premier chapitre, une synthèse rapide
de mon parcours professionnel.
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