Métrologie quantique pour la photonique en proche et moyen infrarouge – Metropolis

Les sources photoniques cohérentes dont la gamme spectrale de fonctionnement s’étend du proche au moyen infrarouge ont permis le développement d’un grand nombre d’innovations dans des domaines aussi variés que les télécommunications, la biologie ou encore la médecine. Il existe aujourd’hui un réel besoin d’étendre cette plage spectrale vers le moyen-infrarouge en vue d’applications dans le domaine de la spectroscopie, de la protection de l’environnement, de la chimie et de la santé. Ces sources photoniques reposent sur la mise au point de fibres spéciales, telles que des fibres micro-structurées « hautement non-linéaires ». Elles sont les briques de base du développement de sources photoniques stables et de haute-puissance. Leurs caractéristiques sont entièrement ajustables et peuvent être contrôlées finement à l’aide de leurs paramètres opto-géométriques. En contre-partie, elles sont malheureusement très sensibles aux imperfections géométriques lors du processus de fabrication, et leurs caractéristiques, telle la constante de propagation du mode fondamental et ses dérivées, peuvent varier significativement le long de la fibre. En particulier, la dispersion chromatique, qui est proportionnelle à la dérivée seconde de la constante de propagation, constitue un paramètre clef des processus non-linéaires au cœur de ces sources photoniques cohérentes. Elle est aujourd’hui encore un paramètre mal contrôlé en raison des boucles de rétro-action inadaptées lors des étapes de conception et fabrication. La stratégie standard d’élaboration des fibres spéciales repose sur une avancée linéaire et rétroactive entre la fabrication, la caractérisation et les applications. La plupart du temps, cette méthode nécessite plusieurs processus de fabrication parce que la mesure de la dispersion chromatique des échantillons fabriquées n’est pas suffisamment réactive et induit des micro- ou nano- défauts dans la structure ainsi élaborée, compromettant le bon fonctionnement du composant photonique.
METROPOLIS a pour ambition d’exploiter la supériorité des méthodes de métrologie en optique quantique afin d’évaluer et d’améliorer les propriétés de fibres optiques spéciales de manière fiable et avec des précisions inégalées. Le développement technologique d’un instrument de mesure plug-&-play et inédit exploitant des propriétés quantiques constitue la pierre angulaire du projet. Ainsi une mesure réactive, précise et exhaustive de la dispersion chromatique permettra de mieux guider le processus de fabrication vers l’élaboration de composants dont les caractéristiques correspondent scrupuleusement au cahier des charges.
Cette méthodologie permettra la fabrication de fibres micro-structurées hautement non-linéaires dont les applications se situent dans le domaine de la spectroscopie et des lasers à fibre dans le moyen infra-rouge. De manière plus précise, nous visons le développement :
-d’un laser à fibre intense (1 TW) cadencé au kHz et dont les durées des impulsions sont inférieures à 500 fs et dont la longueur d’onde de fonctionnement est ~ 2000 nm. L’impact de ce type de source est vaste puisqu’elle peut être exploitée dans le cadre d’interactions intenses lumière-matière et servira de « seeder » pour stimuler des amplificateurs dans le moyen infrarouge.
-d’une interface non-linéaire en longueur d’onde de peignes de fréquences. Ces peignes de fréquences ainsi convertis seront la clef de voute d’un dispositif expérimental avancé permettra une résolution ultra-fine de spectres de différentes molécules dans le domaine de l’environnement et de la santé.
METROPOLIS propose une nouvelle méthodologie pour l’élaboration fine de composants photoniques basée sur le développement d’un banc de mesure de dispersion chromatique dont la précision, la flexibilité et la réactivité permettront de systématiser et d’affiner le processus de fabrication. Au-delà de ces aspects, METROPOLIS vise à promouvoir les technologies quantiques et leur impact au sein de notre société.