Améliorer l'efficacité de la conception pour optimiser les technologies optiques
Le secteur de la photonique souffre actuellement d'un manque d'expertise dans la modélisation et la conception appliquées aux systèmes et composants optiques industriels. La qualité des résultats dépend donc d'approches par essai et erreur, à la fois longues et laborieuses. Le projet ADOPSYS, financé par l'UE, a contribué à pallier cette lacune en développant de nouveaux outils révolutionnaires, dont une nouvelle méthode destinée à simuler et concevoir des systèmes optiques destinés aussi bien aussi bien à l'imagerie qu'aux systèmes d'éclairage. Pour soutenir ces efforts, le projet a également permis de former des spécialistes, en combinant recherche et apprentissage pratique, pour produire une nouvelle génération de scientifiques hautement qualifiés dans le domaine optique. Une conception pour l'éclairage Pour expliquer la pénurie d'experts en modélisation et conception de systèmes optiques industriels en Europe, le professeur Paul Urbach, coordinateur du projet ADOPSYS, déclare: «les universités privilégient souvent des sujets nouveaux comme la nano-optique ou les métamatériaux, alors que l'optique, qui présente davantage d'intérêt pour l'industrie, passe au second plan. Cela est particulièrement vrai pour la conception optique des systèmes de lentilles et de miroirs destinés à l'imagerie ou à d'autres applications.» Regroupant un ensemble plus large de compétences, le projet ADOPSYS a utilisé de nouveaux programmes de modélisation informatique. Cette approche a développé la méthode de tracé de champ pour déterminer la distribution de lumière dans certains plans après propagation par un système optique non paraxial, lorsque les rayons se propagent selon des directions très différentes. Le projet a réalisé une première en tenant également compte de la diffraction en cascade, qui correspond aux effets de diffraction dans divers composants du système. Les résultats ont ensuite été comparés en utilisant des outils existants, certains résultats ayant ensuite été vérifiés expérimentalement. Le projet a également produit une série de cinq outils de conception révolutionnaires. Tout d'abord, ADOPSYS a amélioré la méthode SMS (Simultaneous Multiple Surface), pour une conception de forme libre de systèmes non destinés à l'imagerie, tels que des collimateurs pour les phares d'automobile, et a également développé cette méthode pour des systèmes d'imagerie tels que les caméras haut de gamme. Deuxièmement, le projet a utilisé la construction SPC (Saddle Point Construction) pour identifier des systèmes optiques viables à partir de systèmes préexistants, en construisant des points-cols à partir d'une conception optimale donnée, puis en construisant au moins deux nouvelles structures optimales à partir de chaque point. Troisièmement, ADOPSYS a mis au point des méthodes de conception pour les éléments optiques diffractifs utilisés sous un éclairage partiellement cohérent, comme les sources d'ultraviolet profond (DUV) ou d'ultraviolet extrême (EUV). Ces méthodes étaient basées sur un algorithme d'inversion itérative non linéaire. En ce qui concerne le quatrième outil, le projet a mis au point une méthode de calcul pour la construction de forme libre dans la conception d'applications d'éclairage, qui détermine la forme de la surface en résolvant une équation intégrale non linéaire. Enfin, le projet a conçu des filtres optimaux pouvant être insérés dans un système d'imagerie optique, afin de pouvoir acquérir des images par post-traitement informatique. Comme le résume le professeur Urbach, «Prises ensemble, ces méthodes de conception constituent une boîte à outils qui réduit efficacement la nécessité des tâtonnements par essais-erreurs inhérents aux efforts de conception optique.» Tous feux allumés En collaboration étroite avec des partenaires industriels, les innovations d'ADOPSYS peuvent être utilisées pour résoudre un grand nombre de problèmes de conception, en particulier pour produire des systèmes d'éclairage efficaces, des systèmes d'imagerie à haute résolution et des systèmes automatiques de vision, d'inspection et de sûreté destinés à l'industrie. La méthode SMS a, par exemple, été utilisée pour concevoir des systèmes RXI 3D à formes libres utilisés dans l'éclairage automobile, car ils sont parfaitement adaptés aux modèles d'éclairage requis pour les phares haut et bas. Dans le cadre du financement Actions Marie-Curie, l'investissement réalisé par le projet pour former les membres de son équipe, par exemple sur les droits de propriété intellectuelle, la collaboration sur de grands projets et l'entreprenariat, ainsi que leur expérience de terrain avec les partenaires industriels, a déjà commencé à porter ses fruits. Comme l'explique le professeur Urbach, «un grand nombre de ces chercheurs en début de carrière ont établi des relations très fructueuses et suivies avec des industries européennes, et certains outils d'ADOPSYS ont été développés en collaboration étroite avec ces partenaires industriels.» Se tournant vers l'avenir, le professeur Urbach ajoute que, «dans certains cas, les nouvelles méthodes développées n'étaient pas aussi rapides qu'on le souhaitait pour les applications prévues, et l'équipe d'ADOPSYS va maintenant se consacrer à l'amélioration de la vitesse de calcul.»
Mots‑clés
ADOPHYS, photonique, optique, modélisation, systèmes optiques, construction de forme libre, systèmes d'éclairage efficaces, systèmes à haute résolution, outils de rupture
