Augmented reality devices based on waveguide/hologram coupling
Dispositif de réalité augmentée basé sur des concepts de couplage guide d'onde/hologramme
Résumé
The CEA-LETI research institute recently developed a novel retinal projection concept. The projection system is embedded on transparent glasses for augmented reality (AR) applications. The CEA-LETI concept aims to overcome current limitations of already commercialized AR glasses, such as complex and bulky optics. It uses a self-focusing effect to generate images directly on the retina of a user without any artificial optical components, allowing the creation of a fully integrated and portable device.The concept is separated into two main parts : an integrated photonic circuit and an analog hologram. This thesis focuses on the first part, i.e. the photonic circuit. The hologram is developed in parallel of the thesis by other team members.The thesis allowed to design, fabricate and experimentally characterize a design kit made of basic photonic components (ex: singlemode waveguide, various couplers, active optical switches…). They can be assembled in order to design the complex photonic circuit of the final retinal projection device. The photonic components are made of Si3N4 and were optimized to work specifically at λ = 532 nm (green). They were fabricated in clean rooms on 200 mm wafer platforms at the CEA-LETI and STMicroelectronics fabrication facilities. The characterization of the components was carried out with an automated optical prober and a goniometer. The goniometer was entirely designed and fabricated during the thesis for the purpose and the specific needs of this project. Finally, a simple applicative photonic circuit was designed to study the interaction between our photonic circuits and the analog hologram.
L’institut de recherche du CEA-LETI a récemment développé un nouveau concept de projection rétinienne. Ce système de projection est embarqué sur un verre de lunette transparent et vise des applications pour la réalité augmentée (RA). Le concept du CEA-LETI est en rupture par rapport au fonctionnement d’autres lunettes RA déjà disponibles sur le marché. Notamment, il doit permettre de générer et de focaliser des images directement sur la rétine de l’observateur (effet d’auto-focalisation) sans utiliser d’éléments d’optique qui peuvent s’avérer complexes et volumineux (ex: combineurs optiques, lentilles etc.). Cela permet d’obtenir un dispositif complètement intégré qui se veut facile à porter et à accepter socialement.Le concept est composé de deux parties principales : un circuit photonique intégré et un hologramme analogique. Cette thèse se concentre sur le développement du circuit photonique. La partie holographique est développée en parallèle de la thèse par d’autres membres de l’équipe de recherche.Les travaux de thèse ont permis de concevoir, de fabriquer et de caractériser expérimentalement une bibliothèque de blocs photoniques de base (ex : guides d’onde monomodes, coupleurs, commutateurs actifs etc.). Ceux-ci pourront être assemblés pour former le circuit photonique applicatif final du projet à court terme. Les composants sont formés de Si3N4 et ont été optimisés pour fonctionner à λ = 532 nm (vert). Leur fabrication s’est déroulée en salle blanche sur des plaques 200 mm à l’aide des plateformes du CEA-LETI et de STMicroélectronique. La caractérisation expérimentale des composants photoniques a été complétée à l’aide d’un prober optique automatisé et d’un goniomètre. Ce dernier est un outil de caractérisation entièrement conçu pendant la thèse et qui répond aux besoins spécifiques en caractérisation du projet. Enfin, un circuit applicatif simple a été conçu pour étudier l’interaction entre les circuits photoniques et les hologrammes analogiques.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)