Vincent Crozatier Optique et matériaux pour le traitement de l’information

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  Développement de lasers solides agiles ultra-stables pour la manipulation cohérente de systèmes atomiques. Applications au traitement optique de signaux RF et à l'information quantique. . Vincent Crozatier Optique et matériaux pour le traitement de l’information. Laser. EOM.
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Développement de lasers solides agiles ultra-stables pour la manipulation cohérente de systèmes atomiques.Applications au traitement optique de signaux RF et à l'information quantique. Vincent CrozatierOptique et matériaux pour le traitement de l’informationLaserEOMSignaux radiofréquencesCO2H2O
  • Radioastronomie
  • Spectroscopie sub-millimétrique
  • RADAR
  • Détection
  • Contre-détection
  • PertesParasitesDistorsionTraitementLarge bandeFiltrage complexeFaibles pertesImmunité électromagnétiqueFaible dispersionCapacité large bandeSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006LaserEOMTraitementOpérations clefs
  • Liaisons: sources bas bruit
  • Intensité
  • Baïli et al., Opt. Lett. 31 (2006) 62
  • Phase
  • Brunel et al., IEEE Photon. Technol. Lett. 16 (2004) 870
  • Traitement: filtrage
  • Génération de retard
  • Liu et al., Appl. Opt. 42 (2003) 2273
  • Tonda-Goldstein et al., Microwave Photonics (2004) 28
  • Filtrage large bande
  • Arain et al., Appl. Opt. 45 (2006) 2428
  • Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Analyse spectrale large bandeV. Laviellethèse 2004G. Gorjuthèse 2007(1) Saperstein et al., Opt. Lett. 29 (2004) 501(2) Lavielle et al., J. Lumin. 107 (2004) 263(3) Gorju et al., IEEE Photon. Technol. Lett. 17 (2005) 2385Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Cristaux dopés aux ions de terre rare
  • Capacités
  • Large bande
  • Haute résolution
  • Tout analogique
  • Traitement de signaux RF
  • Analyse spectrale
  • Crozatier et al., IEEE J. Quantum Electron.
  • 40 (2004) 1450
  • Corrélations
  • Harris et al., Opt. Lett. 25 (2000) 85
  • Harris et al., Appl. Opt. 45 (2006) 343
  • Génération de formes arbitraires
  • Barber et al., Opt. Express 10 (2002) 1145
  • Retard / mémoire
  • Reibel et al., J. Lumin. 98 (2002) 355
  • Traitementcohérent Source laserSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006LaserprogrammationPlanArchitecture proposéeRFI – Principe de l’analyseurII – Analyse spectrale large bande III – Laser agile en fréquenceConclusion et perspectivesProcesseuroptiqueDétecteurrapideLaserEOMSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006 Principe de l’analyseur Cristaux dopés aux ions de terre rare Échos de photons Algorithme de chirpUn exemple : Tm3+:YAG793 nmΓinh = 25 GHzΓh = 150 kHz à 5 KlaserΓinhΓhCristaux dopés aux ions de terre rare|e >
  • Aux basses températures (< 5K)
  • Γinh>> Γh
  • absorption|f >fréquence Bande passante RésolutionSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Propriétés50 ppm / T = 1,7 K / B = 2,2 Tλ = 1536,12 nmΓinh = 2 GHzΓh = 2 kHz T2 = 150 µsT1 = 10 msEffet Starkchamp cristallinEffet Zeemanchamp externeY7…4I11/24I13/2gY1 µB BY1980 nm1,536 µm1,526 µm1,64 µm1,48 µm1,64 – 1,48 µmabcdZ84I15/2…Z1gZ1 µB BLe cristal Er3+:Y2SiO54I13/2:Y1-4I15/2:Z1-Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006t12t12t23écho1/t12absorptionfréquenceÉchos de photons
  • Holographie temporelle
  • Holographie spatiale
  • <T2<T1référencesondeobjettempsimage
  • Temps de vie
  • Cohérences
  • Populations
  • Efficacité de diffraction
  • Eécho/Electure~ %Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006t12’+Ft12’-F-2r+2rt12-rt12ν’ν-F/rF/rνt12(ν) = Cst + rabsorptionfréquenceAlgorithme de chirpGravureLecture Echofréquencetemps│Eecho(t)│² = │ẼRF(F=rt)│²Crozatier et al., IEEE J. Quantum Electron. 40 (2004) 1450Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Contraintes du cristalTemps de vie des cohérencesLargeur inhomogène< T2t12’< Γinht12ν’νContraintes sur le laserfréquencetemps r ~ GHz/µs = 1015 Hz/s !+ précision < résolution+ cohérence en phaseSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006 Analyse spectrale large bande Montage expérimental RésultatsChirpRFLaserAO1AO2λ = 1536 ,12 nmImpulsionsPorteGravureLecture3 GHz50 µs50 µsTs22 µs22 µsMontage expérimentalEr:YSO1,7 K – 2,2 TMZEDFAPD15 mWÉchofréquencelasertempsModulateursAcoustooptiquesOFSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 20061 MHz67 kHz1000,810-130 dBSignal (u.a.)0,4Signal (u.a.)10-20,010-3899,6900,0900,410-4Fréquence (MHz)899,4900,0900,8Fréquence (MHz)Analyse large bande
  • Performances spectrales
  • Bande passante : 1,5 GHz
  • Précision < 20 kHz
  • Résolution : 67 kHz
  •  24 000 canaux spectraux!
  • Dynamique
  • 32 dB (25 dB)
  • >25 dB @ 1 MHz
  • 1,00,80,6Signal (u.a.)0,40,20,000,250,50,7511,251,5Fréquence (GHz)Crozatier et al., Opt. Lett., soumisSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006RésuméPremière démonstration de traitement optique cohérent large bande Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006 Laser agile en fréquence Architecture de la cavité Caractérisation des chirps Asservissement dynamique des chirpsréseauθLittrow:λL= 2 a sinθ1/nb traitsfréquence du laserISLtempsISL = c/2LArchitecture de la cavitéordre -1
  • Balayages en fréquence
  • 10 GHz en 10 µs
  • Précision << MHz
  •  Diode laser en cavité étenduediodelaserordre 0pertesfréquenceSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Balayages en fréquence10 GHz en 10 µsPrécision << MHzCristal électro-optiqueContrôle électrique Indépendant de la diodeGrande bande passante AsservissementsCristal électro-optiqueAccordabilité électro-optiqueMénager et al., Opt. Lett. 25 (2000) 1246 Crozatier et al., Opt. Commun. 241 (2004) 203Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006E. Ducloux, C. GagnolRéalisation
  • Pureté
  • Largeur de raie < 2 kHz
  • Stabilité < MHz sur 1 ms
  • Accordabilité
  • Électrique: 8,5 MHz/V
  • Balayages
  • jusqu’à 8 GHz en 500 µs
  • jusqu’à 3 GHz en 5 µs
  • Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006rfréquencefbn(t - Ti)Titempsn(t)Caractérisation des chirpsTi+ e(t - Ti)LaserPD+ e(t)n(t)= n0 + r.t+ e(t) Battement : fb = r.Ti+ e(t) - e(t - Ti)Gorju et al., Eur. Phys. J. Appl. Phys. 30 (2005) 175Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Tirampes de tensionfb = r.TiPDEOLaserfiltre de boucledétecteur de phaseOLChirps verrouillés en phase
  • Le retard de l’interféromètre : Ti
  • Propagation : le plus court possible
  • Précision sur le chirp : le plus long possible
  • Fréquence de battement
  •  Ti = 250 ns (fibre de 60 m)Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Bruits techniquesPhase du battement1002,5 MHz-208030 dB20 kHz6090-40Amplitude (dBV)Amplitude (mV)4045-6020Phase du battement (°)0-800-4514.81215.21415.61616.01816.42016.8Fréquence (MHz)Fréquence (MHz)-9090100110120130140Temps (µs)Pureté du chirp 3 GHz50 µs~ 7° rmsSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 20061,0100 kHz0,80,6Signal (V)0,40,20,0-20-100102030Temps (ns)Effets sur l’algorithme de chirpGravurelecture50 µs25 µs25 µsfréquencedu laserécho = TF3 GHzTemps10 µs Erreur de fréquence pendant le chirp<< 100 kHz / 3 GHzSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006 Conclusions PerspectivesConclusion
  • Traitement optique cohérent large bande
  • Première démonstration
  • 1,5 GHz (largeur inhomogène de la transition)
  • 24 000 canaux spectraux
  • Fenêtre télécom
  • Développement de sources lasers agiles
  • Architecture électro-optique
  • Contrôle électrique de la fréquence
  • Asservissement du chirp
  • Boucle à verrouillage de phase rapide
  • Excellente précision du chirp sur plusieurs GHz
  • IEEE J. Quantum Electron. 40 (2004) 1450Opt. Lett., soumisSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Mais aussi…et ultra-stables
  • Sources lasers agiles
  • Architecture guidée
  • Meilleure stabilité
  • Meilleur sensibilité (55 MHz/V)
  • Asservissement de fréquence fixe
  • Boucle de Pound – Drever – Hall
  • Largeur de raie sub-kHz
  • Echos de photons en milieu amplificateur
  • Première démonstration dans un cristal dopé aux ions de terre rare
  • Meilleur rendement
  • Capacité de cyclage
  • Application à l’analyse spectrale
  • Dynamique de l’écho de photons (diffusion spectrale)
  • IEEE Photon. Technol. Lett., acceptéOpt. Commun. 241 (2004) 203Opt. Lett.. 30 (2005) 1288Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Perspectives
  • Plus de bande passante
  • Cristal
  • Gradient de champ magnétique
  • Er:LiNbO3, Er:Eu:YSO
  • Laser (Sensibilité 8,5 MHz/V)
  • Amplificateur électronique (1 kV en 10 µs)
  • Nouvelles technologies (architecture guidée)  jusqu’à 250 MHz/V
  • Probabilité d’interception
  • Configuration non-coplanaire
  • Répétition de la lecture
  • Nouvelles architectures
  • Génération de formes arbitraires
  • Renversement temporel
  • Γinh ~ 10 GHzSoutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006Merci !
  • Labo
  • Les Chefs
  • Pierre Pillet, Fabien, Ivan, Jean-Louis
  • Les services techniques
  • Patrice, Henri, Daniel, (mécanique), Bruno (BE), Roger, Alain, Arnaud (électronique)
  • Les thésards et autres stagiaires
  • La Guite, Bichon, Vince, Fred, Nassim, Thibault, Matthieu, Aurélie, Carine, Pierre, Oualid, Elodie, Haikel, Jérôme, Téodor, Hien, Jamil…
  • Collaborateurs
  • ‘Financiers’
  • X. Grison (DGA), ONR
  • Scientifiques
  • E. Ducloux, C. Gagnol (NetTest), D. Dolfi, G. Baili, L. Morvan, S. Tonda Goldstein (TRT), W. Sohler, B. K. Das (Paderborn), P. Goldner, O. Guillot-Noël (ENSCP), K. Bencheick, E. Baldit (LPN), T. Böttger, R. Cone, K. Wagner, W.R. Babbitt (USA) …
  • Tous les autres !
  • Soutenance de thèse Laboratoire Aimé Cotton - 5 Juillet 2006
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