Systèmes photoniques intelligents
Description
Dans le cadre des nouvelles technologies, la lumière est de plus en plus utilisée comme support pour calculer, transporter ou encore stocker de l'information. L’objectif de ce cours est de présenter aux étudiants les développements récents de la « photonique », notamment les lasers et leurs applications dans différents domaines : optique ultra-rapide, télécommunications, traitement tout optique de l’information.
Après quelques rappels de physique ondulatoire, les différents types de sources Lasers seront abordés ainsi que les différents composants d’une chaine classique de transmission d’informations optiques : des émetteurs (LED et diodes lasers) aux récepteurs (photodiodes). Un TP sur la transmission de signaux (son ou vidéo) sera réalisé pour valider les acquis. Nous aborderons ensuite différentes applications que nous réalisons dans nos laboratoires autour de la lumière : notions de chaos dans les lasers, génération de nombres aléatoires, holographie pour le stockage de la lumière par la lumière…Des visites de laboratoires seront organisées pour permettre aux étudiants une immersion dans le monde de la recherche et de l’innovation.
Numéro de trimestre
Prérequis
Syllabus
Propriétés physiques des lasers
Principes de base du laser. Cavité Fabry-Pérot, Conditions de seuil, Rendement. Dynamiques des lasers.
Optique ultra rapide
Génération d'impulsions ultra courtes : Lasers femto-secondes (Laser Ti:Sapphir), Emission de longueur d'onde au moyen d'un Oscillateur Paramétrique Optique (OPO), Mesure d'impulsions au moyen d'un auto-corrélateur optique.
Composants et interfaces optoélectroniques
Émetteurs : Diodes Électroluminescentes (DEL), Diodes lasers, Interface optique d'émission (modulation, bruit, couplage laser-fibre) - Photo-détecteurs : photodiode PIN, photodiode à avalanche.
Principe des télécommunications
Structure des réseaux : réseaux d'accès, réseau de transport, modèles de référence - Répartition du trafic : transmission guidée, transmission non guidée - Accès aux ressources : TDMA, FDMA, CDMA...- Différents médias de communications : concurrence ou complémentarité.
Propagation guidée, fibres optiques
Théorie du guidage : approche géométrique et ondulatoire dans la fibre optique, atténuation et dispersion - Multiplexage temporel - Multiplexage en longueur d'onde : WDM, DWDM - Connectique.
Composants de l'optique non linéaire
Propagation non linéaire et solitons : équation non linéaire de Schrödinger, stabilité - Effet électro-optique - Amplification paramétrique optique - Utilisation dans les systèmes.
Vers des réseaux de télécommunications tout optique
Multiplexage - Amplificateurs - Routage et commutation 100 % optique : micro-miroirs, cristaux liquides, solitons spatiaux.
Composition du cours
Notation
Ressources
Equipe pédagogique : Delphine Wolfersberger - Nicolas Marsal
Résultats de l'apprentissage couverts par le cours
- comprendre le fonctionnement des lasers et des applications qui en découlent : l’holographie, la cryptographie à base de lasers…
- d’appréhender les phénomènes physiques qui sont à l’origine du fonctionnement des lasers : notions de seuil, de résonnance, de mode, optique gaussienne, impulsion…
- se familiariser avec l’optique ultra rapide : Laser femto-seconde, Oscillateur Paramétrique Optique
- concevoir et réaliser une liaison de télécommunications tout optique de transmission de vidéos/son
- comprendre des notions d'optique non linéaire utilisées pour la réalisation de nouveaux composants optoélectroniques pour les communications optiques.
Description des compétences acquises à la fin du cours
Support de cours, bibliographie
Les Composants Optoélectroniques, François Cerf, Hermes Science Publications, Paris 2000.
Fundamentals of photonics, E.A. Saleh, M.C. Teich (ISBN : 978-0-471-35832-9).