Résonateurs optiques et leurs applications – ORA

Dans le projet ORA, nous proposons d’étudier théoriquement et expérimentalement la réalisation de lignes à retard optiques compactes passives ou actives. Nous étudierons aussi la capacité de ces composants à générer directement un signal RF par utilisation de non-linéarité du troisième ordre et/ou des résonateurs actifs dopés Erbium. Après les tests d’évaluation pratiqués dans ce projet, nous pensons que nous serons capables d’intégrer ces composants passifs ou actifs dans des Oscillateurs Opto-Electroniques (OOEs) et à titre préliminaire dans des biocapteurs. Le programme présente deux aspects complémentaires : (i) les micro-résonateurs et leurs systèmes de couplage (ii) les applications et leurs tests de qualification.

En premier lieu, le but est d’améliorer théoriquement et expérimentalement le point (i) ; En s’appuyant sur la modélisation et des simulations, les résonateurs et les coupleurs d’insertion extraction seront dessinés, fabriqués et les assemblages résultant seront testés par trois méthodes bien établies dans le programme ANR précédent (méthodes de scan, balayage rapide en fréquence et une méthode dérivée de la spectroscopie RF). En parallèle aux travaux sur les micro-résonateurs passifs (verres ou monocristaux), nous travaillerons sur les lignes à retard actives contrôlées par le gain optique dans le cadre de l’amplification sélective dans des résonateurs à modes de galerie dopés Erbium en matériaux vitreux ou céramique.
En conclusion de la précédente ANR nous avions vu que le choix des matériaux optiques était déterminant pour obtenir de très hauts facteurs de qualité. Une tâche sera spécifiquement consacrée dans le projet de manière à développer des matériaux de très haute pureté ainsi que de nouveaux matériaux dédiés à des travaux plus prospectifs.

La partie dédiée aux résonateurs passifs (dans la suite du programme O2E) permettra d’améliorer nos connaissances et ce type d’oscillateurs. La partie basée sur l’amplification sélective et/ou l’utilisation d’effets non-linéaires aura pour conséquence d’étudier et de développer de nouvelles topologies et architectures ainsi que d’envisager une montée vers de plus hautes fréquences micro-ondes. Toujours basée sur l’utilisation de résonateurs dopés Erbium, nous caractériserons (pureté spectrale, stabilité, accordabilité, bruit…) l’émission simultanée à deux longueurs d’ondes d’un laser micro-sphérique. Une tâche sera dédiée à ce composant et à son intégration dans un nouveau type d’OOE. Les thèmes d’applications abordés dans le projet se déclinent comme : « Source de ultra haute pureté spectrale et haute stabilité », « Résonateurs pour les ondes millimétriques et applications THz », « Résonateurs à très haut facteur de qualité et applications aux capteurs ».

Les résultats obtenus au cours du projet seront essentiellement publiés dans des journaux internationaux et sous forme d’actes de conférences. Un workshop spécifique sera programmé à la fin du projet. Ce workshop (a priori dans le cadre d’une conférence européenne) intéressera les communautés scientifiques de l’optique et du temps/fréquences. Un environement coopératif de type wiki sera mis en place pour faciliter les échanges entre les partenaires. Cet environnement sera installé sur la plateforme « docuwiki » de l’UMR 6082. Cet outil sera réservé aux seuls partenaires. A la fin du projet, l’ensemble des partenaires prendra la décision de l’ouverture totale ou partielle de cet environnement.

Le projet ORA fait suite au programme ANR O2E n° NT05-3_45032. Les sources micro-ondes à très faible bruit de phase sont nécessaires pour de nombreuses applications telles que les radars à très haute sensibilité, les transmissions des ondes millimétriques ou l’instrumentation. La distribution des signaux micro-ondes est limitée par les pertes des lignes de transmission (guides d’ondes électriques au sens large). La très grande bande passante et les faibles pertes des systèmes fibrés optiques peuvent être utilisées pour contourner ce problème. Dans ce contexte, la génération de micro-ondes sur porteuse optique est d’un grand intérêt. Le projet propose d’utiliser des micro-résonateurs à modes de galerie pour atteindre ce but.
Les microcavités optiques à très facteur de qualité sont d’un grand intérêt pour des applications dans des domaines aussi différents que l’optoélectronique, la métrologie ou la physique fondamentale. Ils sont utilisés par exemple pour : le filtrage optique, la commutation tout-optique, optique non-linéaire à bas seuil, les sources laser de grande pureté spectrale, les mémoires optiques, les biocapteurs, l’électrodynamique quantique.
Dans le projet ORA, nous proposons d’étudier théoriquement et expérimentalement la réalisation de lignes à retard optiques compactes passives ou actives. Nous étudierons aussi la capacité de ces composants à générer directement un signal RF par utilisation de non-linéarité du troisième ordre et/ou des résonateurs actifs dopés Erbium. Après les tests d’évaluation pratiqués dans ce projet, nous pensons que nous serons capables d’intégrer ces composants passifs ou actifs dans des Oscillateurs Opto-Electroniques (OOEs) et à titre préliminaire dans des biocapteurs. Le programme présente deux aspects complémentaires : (i) les micro-résonateurs et leurs systèmes de couplage (ii) les applications et leurs tests de qualification.
En premier lieu, le but est d’améliorer théoriquement et expérimentalement le point (i) ; En s’appuyant sur la modélisation et des simulations, les résonateurs et les coupleurs d’insertion extraction seront dessiner, fabriquer et les assemblages résultant seront testés par trois méthodes bien établies dans le programme ANR précédent (méthodes de scan, balayage rapide en fréquence et une méthode dérivée de la spectroscopie RF). En parallèle aux travaux sur les micro-résonateurs passifs (verres ou monocristaux), nous travaillerons sur les lignes à retard actives contrôlées par le gain optique dans le cadre de l’amplification sélective dans des résonateurs à modes de galerie dopés Erbium en matériaux vitreux ou céramique.
En conclusion de la précédente ANR nous avions vu que le choix des matériaux optiques était déterminant pour obtenir de très hauts facteurs de qualité. Une tâche sera spécifiquement consacrée dans le projet de manière à développer des matériaux de très haute pureté ainsi que de nouveaux matériaux dédiés à des travaux plus prospectifs.
La partie dédiée aux résonateurs passifs (dans la suite du programme O2E) permettra d’améliorer nos connaissances et ce type d’oscillateurs. La partie basée sur l’amplification sélective et/ou l’utilisation d’effets non-linéaires aura pour conséquence d’étudier et de développer de nouvelles topologies et architectures ainsi que d’envisager une montée vers de plus hautes fréquences micro-ondes. Toujours basée sur l’utilisation de résonateurs dopés Erbium, nous caractériserons (pureté spectral, stabilité, accordabilité, bruit…) l’émission simultanée à deux longueurs d’ondes d’un laser micro-sphérique. Une tâche sera dédiée à ce composant et à son intégration dans un nouveau type d’OOE. Les thèmes d’applications abordés dans le projet se déclinent comme : « Source de ultra haute pureté spectrale et haute stabilité », « Résonateurs pour les ondes millimétriques et applications THz », « Résonateurs à très haut facteur de qualité et applications aux capteurs ».