Optique et photonique

Domaines d'expertise

L’Optique et la Photonique sont au cœur des recherches du département OPTIQUE. Ces disciplines de prédilection sous-tendent également des activités significatives en microtechniques et en nanosciences. Par ailleurs, le département développe également des projets pluridisciplinaires dans ces domaines avec les autres départements de FEMTO-ST.

Résultant d’évolutions historiques marquantes en nano-métrologie, microscopie champ proche, optique intégrée sur niobate de lithium, holographie, optique ultra-rapide, dynamiques non linéaires optiques et optoélectroniques, optique quantique, les thématiques de recherche actuelles correspondent à une structuration du département en 3 équipes et une plateforme technologique sur la lumière intelligente SMARTLIGHT (labellisée Equipex+ en 2021 et co-portée avec le laboratoire ICB, Dijon).

Axes de recherche

Nano-Optique :

Conception-réalisation :

• de nano-antennes individuelles sur fibre optique,
• de métamatériaux métalliques diélectriques ou hybrides,
• de cristaux photoniques actifs sur niobate de lithium, de pinces optiques,
• de sondes miniatures sur fibre optique pour la dosimétrie in-vivo de rayons X médicaux (radiothérapies et curiethérapie),
• de circuits plasmoniques intégrés commandables par la polarisation lumineuse,
• de polariseurs optiques submicroniques et polarimètres miniatures,
• de plateformes optiques complexes multifonctionnelles intégrées à l’extrémité d’une fibre optique,
• d’opto-aimants : aimants nanométriques induits par la lumière dans l’or, l’argent et l’aluminium,
• de nano-détecteurs de champs électriques et magnétiques ultra-sensibles.

Tous ces composants exploitent des propriétés nano-optiques inédites basées sur la plasmonique, les résonances type-Fano, l'excitation de modes protégés par la symétrie et d'états liés dans le continuum, des modes de surface de Bloch, le couplage spin-orbite et de chiralité optique, le tout accompagné par des procédés nanotechnologiques avancés pour leur fabrication.

Optique Non Linéaire :

• Les activités de recherche de l’équipe ONL se positionnent dans les domaines des technologies de l’information et de la communication, des lasers, des micro-nano-technologies, de la métrologie et des capteurs optiques, de l'imagerie et de l’information quantique.
• Les travaux de l’équipe s’orientent autour de deux disciplines émergentes, à savoir, la photonique non linéaire et la photonique quantique et visent à développer des applications et des composants optiques compacts pour les futurs systèmes de télécommunication optiques, les sources lasers, les capteurs à fibre, ainsi que l’imagerie.
• L’équipe ONL est reconnue nationalement et internationalement pour ces travaux pionniers sur la génération de supercontinuum et l’amplification paramétrique dans les fibres optiques, les interactions photons-phonons dans les fibres à cristaux photoniques, les solitons photoréfractifs, ainsi que l’imagerie quantique et non linéaire.
• Nos compétences portent sur les composants non linéaires fibrés (sources supercontinuum, lasers, amplification paramétrique), les capteurs à fibre, la spectroscopie Brillouin et Raman, l’imagerie et l’information quantique (paradoxe EPR dans les images, interférences et holographie à deux photons), les composants à base de matériaux ferroélectriques (LiNbO₃, KTP) et de verres à fortes non linéarités pour le traitement optique de l'information (conversion de fréquences, mise en forme spatiale de faisceaux).

Optoélectronique, Photonique et Télécommunications Optiques :

L’équipe OPTO est impliquée dans des recherches à la fois fondamentales et appliquées sur le développement et l’étude de nouvelles technologies photoniques et leurs applications.

Elle construit de nouveaux concepts de systèmes photoniques complexes et agiles autour de trois axes majeurs :

• Photonique ultrarapide et applications (dynamique non-linéaire multidimensionnelle dans les fibres, interaction laser-plasma et application à l’usinage laser) ;
• Systèmes complexes, non-linéaires et intelligence artificielle (nouveaux systèmes de calcul neuromorphique; circuits optiques intégrés en 3D, résonateurs à modes de galerie, holographie numérique et machine learning) ;
• Technologies de photonique quantique (intrication à grande dimension, communications quantiques haut débit, applications industrielles, reservoir computing quantique).

La stratégie de recherche de l’équipe implique toujours des recherches fondamentales identifiant des phénomènes physiques nouveaux en vue du développement d’applications de pointe. Bien que nos activités possèdent une prise de risque significative, elles évoluent selon des orientations toujours guidées par des objectifs applicatifs qui sont régulièrement accompagnés par des interactions étroites avec des partenaires industriels.

Exemples de Réalisations

• Imaging Spatiotemporal Hong-Ou-Mandel Interference of Biphoton States of Extremely High Schmidt Number, Fabrice Devaux, Alexis Mosset, Paul-Antoine Moreau, Eric Lantz, Phys. Rev. X 10, 031031 (2020)
• 2–10 µm Mid-Infrared Fiber-Based Supercontinuum Laser Source: Experiment and Simulation, S. Venck, F. St-Hilaire, L. Brilland, A.N. Ghosh, R. Chahal, C. Caillaud, M. Meneghetti, J. Troles, F. Joulain, S. Cozic, S. Poulain, G. Huss, M. Rochette, J.M. Dudley, T. Sylvestre, Laser & Photonics Reviews 2020, 14, 2000011 (2020)
• Watt-level SHG in undoped high step-index PPLN ridge waveguides, V. Pêcheur, H. Porte, J. Hauden, F. Bassignot, M. Deroh, M. Chauvet, OSA Continuum, 4, 1404-1414 (2021).
• Micronewton nanofiber force sensor using Brillouin scattering, Adrien Godet, Jacques Chretien, Kien Phan Huy, Jean-Charles Beugnot, Opt. Express 30, 815-824 (2022)
• High-speed photonic reservoir computing using a time-delay-based architecture: Million words per second classification, L. Larger, A. Baylón-Fuentes, R. Martinenghi, V.S. Udaltsov, Y. K. Chembo, M. Jacquot, M. Physical Review X, 7(1), 011015 (2017)
• Real-time full-field characterization of transient dissipative soliton dynamics in a mode-locked laser, P. Ryczkowski, M. Närhi, C. Billet, J.M. Merolla, G. Genty, J.M. Dudley, Nature Photonics 12(4), pp. 221-227 (2018)
• Reinforcement learning in a large-scale photonic recurrent neural network, Bueno J., Maktoobi Sheler, Froehly Luc, Fischer Ingo, Jacquot Maxime, Larger Laurent and Brunner Daniel, Optica, vol. 5, 6, pp. 756-760 (2018)
• Nine-frequency-path quantum interferometry over 60 km of optical fiber, Batiste Galmes, Kien Phan Huy, Luca Furfaro, Yanne Chembo Kouomou, Jean-Marc Merolla, Physical Review A, Volume 99, pp. 033805 (2019)
• Extremely high-aspect-ratio ultrafast Bessel beam generation and stealth dicing of multi-millimeter thick glass, Meyer Rémi, Froehly Luc, Giust Remo, Del Hoyo Jesus, Furfaro Luca, Billet Cyril and Courvoisier François, Applied Physics Letters, vol. 114, 201105 (2019)
• Optoelectronic oscillators with time-delayed feedback, Chembo Kouomou Yanne, Brunner Daniel, Jacquot Maxime and Larger Laurent, Reviews of Modern Physics, vol. 91, 3, pp. 035006 (51) (2019)
• Three-dimensional waveguide interconnects for scalable integration of photonic neural networks, J. Moughames, X. Porte, M. Thiel, G. Ulliac, L. Larger, M. Jacquot, D. Brunner, Optica, 7(6), pp. 640-646 (2020)
• Intracavity incoherent supercontinuum dynamics and rogue waves in a broadband dissipative soliton laser, Meng Fanchao, Lapre Coraline, Billet Cyril, Sylvestre Thibaut, Merolla Jean-Marc, Finot Christophe, Turitsyn Sergei K., Genty Goëry and Dudley John Michael, Nature Communications, vol. 12, pp. 5567 (2021)
• Magnetic spin-orbit interaction of light, M. Wang, H. Zhang, T. Kovalevitch, R. Salut, M-S. Kim, M-A. Suarez, M-P. Bernal, H-P. Herzig, H. Lu and T. Grosjean, Light: Science and Applications. 7, pp. 24 (2018)
• Revealing photonic symmetry-protected modes by the finite-difference-time-domain method, A. Hoblos, M. Suarez, B. Guichardaz, N. Courjal, M.-P. Bernal, and F. I. Baida, Opt. Lett. 45, 2103-2106 (2020)
• Plasmonic Helical Nanoantenna as a Converter between Longitudinal Fields and Circularly Polarized Waves, M. Wang, Z. Huang, R. Salut, M.A. Suarez, H. Lu, N. Martin, and T. Grosjean. Nano Lett. 21, 8, pp. 3410–3417 (2021)

En complèment

Mots-clés complémentaires : Sources supercontinuum, capteur à fibre, conversion de fréquence, information et imagerie quantique, ingénierie et communications quantiques, intelligence artificielle, réseaux de neurones photoniques, machine learning, circuits photoniques 3D, photonique ultrarapide et non-linéaire, mesure temps-réel d'évènements ultrarapides, holographie numérique & vision machine, résonateurs à modes de galerie, dynamiques non-linéaires à retard, interaction laser-plasma, usinage laser femtoseconde, composants électro-photoniques, photonique LiNbO₃, capteurs ponctuels sur fibre optique, pinces optiques fibrées et nano-manipulation, plasmonique et nano-antennes optiques, chiralité optique, optomagnétisme.