Proposition de thèse : Réalisation de sources sub-2 cycles dans le moyen-infrarouge


Realization of sub-2 cycle pulse sources in the mid-infrared

L’ED SISMI propose le sujet de thèse suivant :

Intitulé du sujet : Réalisation de sources sub-2 cycles dans le moyen-infrarouge

Ce projet serait sous la direction de Sébastien Février du laboratoire XLIM à l’Université de Limoges

Co-directeurs renseignés : /

Les financement sont : Financement acquis : demi-bourse Région (projet SCIR aàp 2020) + demi-bourse institutionnelle (Axe photonique)

Le début de la thèse est prévu pour : 10/2021

Mots clés du sujet : Lasers, fibres optiques, optique non linéaire, compression d’impulsion, moyen-infrarouge

Présentation du sujet : L’objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles approches pour la réalisation de sources de rayonnement large bande dans le moyen infrarouge optimisées pour des applications allant de la bio-médecine à la physique fondamentale. Ces sources à fibres optiques seront basées sur l’optimisation de milieux de propagation non-linéaire et généreront des continuums spectraux cohérents potentiellement intéressants pour de spectroscopie moyen-infrarouge à haute résolution.

Objectifs : Le candidat aura pour objectifs la conception et la caractérisation d’une fibre optique micro-structurée en verre fluoré en relation avec la société Le Verre Fluoré basée à Rennes ; l’étude théorique et expérimentale de la propagation non linéaire d’impulsions dans des fibres en verre fluoré, la réalisation d’une source large bande cohérente dans le moyen-infrarouge à partir des fibres développées.

Description du sujet : La plupart des molécules organiques présentent des raies fondamentales d’absorption vibrationnelle dans le moyen-infrarouge (MIR), entre 3 et 20 µm, qui font de la spectroscopie infrarouge un outil flexible pour un grand nombre d’applications de la physique fondamentale aux applications militaires en passant par la sécurité environnementale (par exemple, la détection de polluants atmosphériques ou de pesticides) et le diagnostic médical. Outre la couverture spectrale qui doit bien sûr être la plus large possible, un faisceau spatialement cohérent est recherché en raison de sa très forte brillance et de sa capacité à être fortement focalisé sur des surfaces restreintes. A ce jour, le synchrotron est la seule source de lumière possédant les caractéristiques citées ci-dessus. Nous avons montré récemment qu’une source laser de table, couvrant la bande 2-4 µm, permet des études de spectro-microscopie à très haute résolution spatiale, en remplacement du synchrotron [Fe18].
Une source de rayonnement ultra-large bande dans le moyen-infrarouge pourrait trouver des applications au-delà de la spectroscopie moléculaire. En particulier, le cycle optique étant relativement long dans le moyen-infrarouge (10 fs à 3 µm), une impulsion dont le spectre a été élargi par effets non linéaires pourrait être compressée vers 1 à 2 cycles optiques. Ces propriétés remarquables font de cette source large bande un candidat idéal pour des applications en métrologie optique offrant une puissance confinée temporellement de manière optimale, alliée à une excellente stabilité et cohérence potentielle de ce système. Ces sources pourraient trouver des applications au contrôle et à l’étude du transport de charges dans des diélectriques ou des semi-conducteurs [Sc14]. Cette thèse a ainsi pour objectif principal la réalisation de sources ultra-large bande dans le moyen-infrarouge à fibres optiques. Les impulsions issues de cette source seraient recompressible à des durées de 1 à 2 cycles optiques (sub-20 fs).

Dans le cadre de cette thèse, le candidat concevra et caractérisera des fibres microstructurées en verre fluoré optimisées pour obtenir des spectres ultra larges à partir de lasers de pompe dans le moyen-infrarouge réalisés au laboratoire précédemment. Ces fibres seront réalisées par la société Le Verre Fluoré, partenaire de ce projet. A partir des caractéristiques mesurées des composants fibrés réalisés, le candidat mènera une étude théorique et expérimentale de la propagation non linéaire d’impulsions dans ces fibres en verre fluoré dans le but de réaliser une source large bande cohérente dans le moyen-infrarouge. La dernière partie sera consacrée à la compression des impulsions issues de la source vers des durées sub-2 cycles.

S. Février, F. Borondics, M. Jossent, C. L. Sandt, L. Lavoute, D. A. Gaponov, A. Hideur, P. Dumas, “Diffraction limited mid-infrared spectromicroscopy using a supercontinuum laser” invited paper, Photonics West BIOS 2018, paper 10489-3

O. Schubert et al., Sub-cycle control of terahertz high-harmonic generation by dynamical Bloch oscillations. Nature Photon. 8, 119 (2014)

Compétences acquises à l’issue de la thèse : A l’issue de la thèse, le candidat saura modéliser des systèmes photoniques complexes exploitant la propagation guidée non lin »aire dans des fibres en verres spéciaux. Le candidat saura aussi caractériser des fibres optiques et lasers dans l’infrarouge.

Présentation de l’équipe d’accueil : L’Axe Photonique s’appuie sur un socle de compétences basé sur l’optique cohérente, l’optique non-linéaire, les lasers, les fibres optiques et l’imagerie avancée. À ces compétences viennent s’ajouter des outils et savoir-faire technologiques dans les domaines des fibres optiques, des composants photoniques fibrés, des dispositifs endoscopiques, de la commutation optoélectronique et des systèmes interférométriques. Pour cela, l’Axe Photonique utilise les moyens technologiques de la plateforme Platinom dans laquelle on peut distinguer une branche fabrication de fibres optiques et composants fibrés et une branche imagerie et instrumentation laser.
La recherche réalisée par l’Axe Photonique explore des phénomènes fondamentaux, de nouveaux concepts et s’étend jusque dans leurs applications. Le groupe est également actif dans la recherche partenariale aussi bien avec de grands groupes que des start-ups dont certaines sont issues de l’Axe Photonique. Les thématiques de recherche recouvrent de façon générale la conception et le développement de nouvelles fibres optiques, de nouvelles sources lasers, de nouveaux instruments de mesures et d’imageries, de nouveaux composants et systèmes optiques.

Compétences souhaitées pour les candidats : Master en physique, a minima avec une option photonique.
Connaissance des logiciels de calcul numérique et de modélisation numérique multiphysique (Matlab, COMSOL Multiphyics)
Compétences expérimentales en photonique (manipulation de fibres optiques, lasers)
Facilité de communication (reporting, présentations orales)
Anglais courant

Pour plus d’informations et pour candidater, merci de contacter :

Date de dépôt : 04/07/2021 à  14 h 19 min




ED SISMI