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Etude de capteurs ultrasensibles à base de lasers ultra-cohérents

ABG-105592 Sujet de Thèse
13/05/2022 Contrat doctoral
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Institut Foton
Lannion - Bretagne - France
Etude de capteurs ultrasensibles à base de lasers ultra-cohérents
  • Physique
  • Sciences de l’ingénieur
Lasers Brillouin, bruit de fréquence, sources accordables, cohérence, capteurs

Description du sujet

Contexte

Dans de nombreux systèmes photoniques, l‘émetteur est une source laser, dont le bruit devient la principale limitation système, même s’il peut être considéré faible. L’étude de source cohérente est conduite dans de nombreux laboratoires pour adresser différents domaines d’applications : recherche fondamentale (quantique, ondes gravitationnelle…), défense, télécommunications, environnement…

Sujet

Une thématique de recherche de l’Institut Foton concerne les sources cohérentes. Une expertise a été acquise dans la réalisation de sources cohérentes. Les derniers travaux concernent l’étude de lasers Brillouin au meilleur état de l’art mondial. Ainsi nous avons réalisé de sources très cohérentes accordables sur la bande C. Nous ne savons pas caractériser ces sources en terme de cohérence car elles sont en dessous du bruit plancher de notre banc de caractérisation (sub-mHz de largeur intrinsèque et sub-kHz en bruit intégré). Ces travaux nous ont permis de révéler la physique de synchronisation par une source ultra-cohérente. Ce type de source permet des avancées notables d’un point de vue scientifique et industriel (étude fondamentale des processus de synchronisation, instrumentation, réalisation de capteurs,…)

 

Programme de recherche

Le sujet de thèse est d’explorer les limites de nos sources en atteignant les limites quantiques de fonctionnement d’un laser, dites de Schalow-Townes. Il est aussi d’utiliser ces sources pour la détection de flux continus extrêmement faibles (dans la gamme attoWatt-femtoWatt à température ambiante) ou la détection de très peu de photons (moins d’une centaine). Un modèle théorique original sera développé pour la simulation. Enfin, le doctorant développera des techniques de mesure de signaux très fins spectralement (sub mHz : nano-Hertz, µHz). Sur ce dernier point, l’utilisation de sources à blocage de modes très cohérentes sera mise en place dans l’attente de l’utilisation d’un signal métrologique (équipex REFIMEV ; https://www.refimeve.fr/). Un budget conséquent est consacré au projet (400 k€) en termes de nouveaux équipements mis en place durant la thèse.

Le potentiel pour une extension à d’autres domaine (visible,MIR) sera exploré.

 

M. Sahni, S. Trebaol, L. Bramerie, M. Joindot, S. Ó Dúill, S. Murdoch, L. Barry, and P. Besnard, “Frequency noise reduction performance of a feed-forward heterodyne technique: application to an actively mode-locked laser diode,” Opt. Lett.  42, 4000-4003 (2017).

A. Sebastian, I. V. Balakireva, S. Fresnel, S. Trebaol, and P. Besnard, "Relative intensity noise in a multi-Stokes Brillouin laser," Opt. Express 26, 33700-33711 (2018).

A. Sebastian, S. Trebaol, P. Besnard, “Intracavity Brillouin gain characterization based on cavity ringdown spectroscopy,” OSA Continuum, OSA Publishing, 2019, 2 (12), pp.3539-3545.

A. Karuvath, A. Sebastian, P. Besnard, “C-Band tunable Brillouin fiber-laser with sub-Hz intrinsic linewidth,” oral presentation Paper 12142-56, Photonics Europe, Strasbourg 2022.

Nature du financement

Contrat doctoral

Précisions sur le financement

Présentation établissement et labo d'accueil

Institut Foton

L’Institut Foton est une unité mixte de recherche associant le CNRS, l’Université de Rennes 1 (l’Enssat et l’IUT de Lannion), et l’INSA de Rennes.

L’unité est structurée en trois équipes, réparties sur deux sites : deux équipes à Rennes, Opto-électronique, Hétéro-épitaxie et Matériaux (OHM, (INSA-Rennes) et (DOP, UR1) ; une équipe Systèmes Photoniques à Lannion (Enssat-Lannion). Cette dernière équipe est impliquée dans l’étude de différents lasers (lasers à semi-conducteurs, lasers à fibre …) pour des applications capteurs optiques ou/et Télécom.

La spécificité de Foton est de rassembler autour de programmes communs trois équipes et trois plates-formes couvrant des domaines ciblés de la photonique : la couche physique des télécommunications, des technologies liées aux applications industrielles et de défense (capteurs optiques, lasers, instrumentation pour la photonique) et le photovoltaïque. Les thématiques de Foton sont ancrées à celles de la technologie clef générique Photonique (KET : Key Enabling Technology), priorité européenne et de la région Bretagne.

 

La thèse se déroulera à Lannion dans l'équipe Systèmes Photoniques, dans les locaux de l'ENSSAT.

Intitulé du doctorat

Doctorat de physique mention Photonique

Pays d'obtention du doctorat

France

Etablissement délivrant le doctorat

Université de Rennes 1

Ecole doctorale

Matière, molécules, matériaux - 3M

Profil du candidat

Le(a) candidat(e) doit avoir de bonnes connaissances dans les domaines de l'optique et de la physique des lasers. Une expérience préalable en physique des lasers serait très appréciée. Le profil idéal combinerait un intérêt pour le travail expérimental et pour les travaux de modélisation et de simulation. De bonnes compétences interpersonnelles et de communication en français ou en anglais sont requises. Le candidat doit être titulaire d'un diplôme de master reconnu au niveau international.

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