Oscillateur paramétrique optique assisté par un miroir de Bragg distribué – DFB-OPO

Ce projet repose sur le travail de quatre groupes français et taïwanais, menés par Marc De Micheli du Laboratoire du Physique Matière de la Condensée (CNRS - Université Nice Sophia Antipolis), Antoine Godard du Centre de recherche Aérospatial national français (ONERA), Yen-Chieh Huang de l'Université nationale de Tsing-Hua (NTHU) et Yen-Hung Chen de l'Université nationale Centrale (NCU). Tous les quatre groupes sont bien connus dans la communauté pour leurs recherches en l'optique laser et optique non linéaire.

Cette proposition est reliée à la compréhension et à la réalisation d'une source laser monolithique et ultra-compacte, appelée Oscillateur Paramétrique Optique assisté par un miroir de Bragg distribué (DFB OPO) qui a le potentiel d’émettre une radiation laser monofréquence à une longueur d'onde sélectionnable dans une très large bande spectrale. Typiquement, il faut inscrire un réseau de Bragg de période de l'ordre de quelques centaines de nanomètres dans une pièce de matériau optique non-linéaire pour obtenir l'oscillation paramétrique optique à partir de la réflexion engendrée par le réseau distribué. Le matériau non linéaire choisi dans ce projet est le «periodicaly poled lithium niobate (PPLN), qui est le matériau non linéaire quasi accordé en phase le plus largement utilisé. La longueur d'ondes de radiation du laser est déterminée par la période du réseau de Bragg et la période de quasi accord de phase. Cet OPO sans miroirs est compact, robuste, présente peu de pertes et permet d’émettre une radiation monofréquence utiles dans les domaines exigent une grande résolution spectrale comme la détection de gaz et le traitement quantique de l’information.

Les recherches sont divisées en 5 workpackages répartis sur une période de quatre ans. Le premier semestre sera consacré à la rédaction du cahier des charges précisant le design de chaque sous-système et à la modélisation des réseaux DFB. Les tâches liées à l’écritures des réseaux DFB commenceront ensuite. Pendant les 18 mois suivants, nous développerons différentes configurations d’écriture et de test des réseaux DFB sur les échantillons de PPLN. Pour écrire ces réseaux, nous illuminerons les cristaux de PPLN avec des franges d'interférence obtenues à partir de lasers ultra-violets ou infrarouges pulsés pour causer la migration d'impuretés induisant les variations d’indice souhaitées. Pour écrire des réseaux DFB à la surface des guides d'ondes PPLN, nous étudierons des techniques lithographiques et l'ablation laser. Les meilleures méthodes d’écriture seront retenues.

Le reste du projet sera ensuite consacré à :
(1) la mise en œuvre, le test et la validation d’OPOs massifs et intégrés dans le but de confirmer le caractère monomode longitudinal d'un DFB OPO
(2) l'évaluation des dispositifs pour des applications (traitement quantique de l’information, détection de gaz) et le montage de système expérimentaux de détection de gaz.

Dans cette collaboration, Huang doit sa renommée à l’étude théorique de l’OPO et à son travail en optique non linéaire. De Micheli est un expert mondial de l’optique intégrée non linéaire et quantique, Chen apporte une très grande expérience dans la fabrication et la caractérisation des matériaux quasi accordés en phase et Godard est un spécialiste des nouvelles architectures des OPO et de la détection de gaz. Les quatre groupes disposent donc d’expériences complémentaires couvrant tout le domaine nécessaire à la réalisation des objectifs de ce projet de quatre ans.