Fabrication à grande vitesse de lames d'onde vortex et de rotateur de polarisation // High-speed fabrication of vortex waveplates and polarization rotators.

La photonique de nouvelle génération a besoin d'une technique de fabrication permettant d'imprimer « à la demande » n'importe quel composant optique de mise en forme de faisceau, de géométrie arbitraire. Idéalement, ces optiques devraient être planes, minces, présenter de faibles pertes et un seuil élevé de dommage laser. En principe, le profil de phase de presque tous les composants optiques (lentilles, réseaux, prismes, lames de phase vortex) peut être conçu sur la base de tels éléments optiques à « phase géométrique » (phase de Pancharatnam–Berry). En outre, la possibilité d'imprimer une réponse de phase anisotrope spatialement variable (biréfringence) permettra de créer des faisceaux lumineux à polarisation structurée (transversale et longitudinale), tels que les faisceaux vectoriels cylindriques ou, plus généralement, les faisceaux de Poincaré.
Ce projet de doctorat propose d'exploiter la technique d'écriture directe 3D par laser femtoseconde (FLDW) pour inscrire des dispositifs de mise en forme de faisceau dans des verres (des verres oxydes du visible jusqu'au moyen infrarouge). Dans un régime d'irradiation à impulsions multiples, des nanoréseaux auto-organisés peuvent se former à l'intérieur de la plupart des verres. Ces structures sont sub-longueur d'onde (période ~200–300 nm). Point essentiel : leur biréfringence peut être contrôlée en amplitude et en orientation en ajustant les paramètres d'énergie d'entrée et la polarisation du laser. Cette technique ouvre de vastes perspectives pour fabriquer pratiquement n'importe quel composant optique.
Cependant, malgré des résultats préliminaires très prometteurs, une exploitation plus large reste encore freinée par des performances relativement modestes (>10 h/cm² de vitesse d'écriture, 70 % de transmission, densité de phase de 0,1 rad/µm, retardance de 400 nm par couche), principalement dues à un manque de contrôle des processus d'interaction laser–matière. Ce projet vise à lever ces limitations afin de libérer le potentiel industriel, en augmentant le TRL grâce à de nombreux développements scientifiques nécessitant une mise en forme de faisceau complexe.
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Next generation photonics needs a manufacturing technique to print “on-demand” any arbitrary beam shaping optical component. Ideally such optics would be flat, thin, exhibiting low loss and high laser damage threshold. In principle, the phase profile of nearly any optical components (lenses, gratings, prism, vortex phase plates) can be designed on the basis of such “geometric-phase” (Pancharatnam-Berry phase) optical elements. In addition, the possibility to imprint spatially varying anisotropic phase (birefringence) response will allow create polarization structured (transversal and longitudinal) light beams like cylindrical vector beams or more generally Poincaré beams. This PHD project proposes to exploit Femtosecond Laser 3D Direct Writing technique (FLDW) to inscribe light beam shapers in glasses (visible to Mid-IR oxide glasses). In an irradiation regime of multiple laser pulses, self-organized nanogratings can form inside most glasses. These structures are subwavelength (period ~200-300 nm). Importantly, their birefringence can be controlled in amplitude and direction using the input energy parameters and laser polarization. This technique opens large perspectives to fabricate any optical component. However, and despite early exciting achievements, their wider exploitation is still hindered by relatively low performances (>10h/cm2 writing speed, 70% transmission, 0.1 rad/micron phase density, 400 nm retardance per layer) mostly resulting from the lack of control of the laser-matter interaction processes. This project will overcome these limitations to unlock both the industrial potential, increasing TRL through numerous scientific developments requiring complex beam shaping.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Europe - MSCA (Marie Sklodowska-Curie Action)

Université Paris-Saclay GS Chimie

571 Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes

Le candidat doit avoir un profil « Optique et science des matériaux » avec des connaissances en matériaux et idéalement dans les matériaux vitreux. Il devra apprendre à gérer un laser femtoseconde de dernière génération et comprendre les paramètres optiques. Pour caractériser les changements structuraux du verre photoinduit à l'échelle nanométrique, nous utilisons une série de méthodes spectroscopiques (nanoIR, microRaman, l'absorption ou la luminescence, etc ...) et des techniques optiques. La connaissance de l'anglais est bien sûr également un prérequis.
The applicant must have a background in 'Optics and Materials Science' with knowledge in Physical Chemistry, and ideally in glass science. He must be able to handle a high-tech ultrashort laser and understand the optical settings. To characterize the structural changes photoinduced glass at the nanometer scale, we use a series of spectroscopic methods (nanoIR, microRaman, absorption or luminescence, etc ...) and optical techniques. Knowledge of the English language is mandatory