CSAO - Groupe Opto
Le groupe Opto est implanté à la fois au laboratoire central IEMN à Villeneuve d’Ascq et sur le site Valenciennois de l’UPHF. Le site de Valenciennes héberge l’activité relative aux Composants et Systèmes Acousto-Optoélectroniques (équipe CSAO).
Responsable du groupe Opto : Samuel Dupont (samuel.dupont@uphf.fr)
Membres : E. Dogheche (Pr. ->2024), S. Dupont (Pr.), J. Gazalet (Pr.->2021), M. Halbwax (M.C.), J. Harari (M.C.), J.C. Kastelik (Pr.), V. Magnin (M.C.), S. Maricot (M.C.), M. Pommeray (M.C.), C. Sion (M.C.), J.P. Vilcot (D.R. ->2022).
Présentation du groupe
L’activité du groupe Opto concerne toutes les étapes du développement de composants optoélectroniques : l’étude, la conception, la réalisation et la validation systémique. Elle se décline plus particulièrement sur les thèmes de l’échantillonnage optique, du photovoltaïque, de l’acousto-optique, des capteurs plasmoniques et, de manière transversale, des matériaux et de la modélisation. Les applications se déclinent dans les domaines des télécommunications, du spatial, de l’imagerie, des capteurs et de l’instrumentation.
Lien utile : https://www.iemn.fr/la-recherche/les-groupes/opto
Thématiques de recherche
Composants et Systèmes Acousto-Optoélectroniques
L'effet photo-élastique dans un matériau permet le contrôle des faisceaux lumineux : leur amplitude, fréquence, direction de propagation. Ces phénomènes sont étudiés et utilisés en optique libre et guidée, dans le domaine visible et infrarouge et dans différents matériaux (Dioxyde de Tellure, Niobate de Lithium, nouveaux matériaux). L’expertise du groupe sur ce thème est reconnue internationalement et mène à plusieurs partenariats.
Concernant l’interaction acousto-optique, les travaux portent sur l’étude de configurations d'interaction spécifiques, de la propagation d’ondes acoustiques en milieu anisotrope et de la conception de composants acousto-optiques originaux et l’élaboration de systèmes intégrant ces dispositifs. Plus particulièrement, le développement de composants originaux se fixe pour objectif l’optimisation de composants en lien avec un besoin applicatif. Par exemple : promouvoir un fonctionnement large bande des filtres pour l’imagerie, développer les éléments théoriques pour analyser l’interaction 2D dans les matériaux anisotropes, développer des filtres apodisés insensibles à la polarisation fonctionnant sur une grande bande passante.
Egaliseur acousto-optique pour la transmission par fibre optique multiplexée en longueur d’onde.
Collaboration Institut Lomonosov de l’Université de Moscou
- Jean-Claude Kastelik, Konstantin B. Yushkov, Samuel Dupont, and Vitaly B. Voloshinov, "Cascaded acousto-optical system for modulation of unpolarized light," Opt. Express 17, 12767-12776 (2009)
- Konstantin B. Yushkov, Samuel Dupont, Jean-Claude Kastelik, and Vitaly B. Voloshinov, "Polarization-independent imaging with an acousto-optic tandem system," Opt. Lett. 35, 1416-1418 (2010)
La technique de multiplexage en longueurs d’ondes est établie dans les réseaux de télécommunications. L’augmentation du nombre de porteuses optiques est facilitée par l’utilisation de lasers accordables simplifiant la reconfigurabilité dynamique d’où le besoin en composants optiques accordables.
Un égaliseur à 4 canaux optiques pour le multiplexage étalé « Coarse Wavelength Division Multiplexing » CWDM 1300-1600 nm a été conçu et réalisé permettant de contrôler indépendamment la puissance lumineuse de chacune des porteuses optiques. Les performances de ce dispositif sont principalement l’insensibilité aux variations de polarisation lumineuse et l’accordabilité sur une bande spectrale très large (100 nm).
S. Dupont, J.C. Kastelik and M. Pommeray “Structured light fringe projector set up using optimized acousto-optic deflectors” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics 15(4), p.557, (2010)
Pour des applications de profilo-métrie basée sur l’analyse des déformations d’une mire de lignes alternativement brillantes et sombres projetée sur la surface à analyser, nous avons conçu un dispositif interférentiel permettant une variation électronique du pas et la position de la mire. Chacun des bras de l’interféromètre comporte un déflecteur acousto-optique, les déviations s’effectuant en sens opposé.
Le contrôle de l’angle de déviation par la fréquence d’interaction modifie l’écart entre les 2 sources lumineuses, le pas d’interférences est ainsi modifié.
Concernant le thème du photovoltaïque, le groupe est actif notamment sur le développement d’un nouveau type de matériau absorbeur à base de nitrure non toxique le ZnSnN2. Les données concernant cet alliage sont rares et justifient l’intérêt porté à cette nouvelle classe de matériaux. L’élaboration du ZnSnN2 s’effectue par dépôt physique en phase vapeur. Nos études visent à déterminer l'influence des différents paramètres de dépôt : pression, température, atmosphère, puissance appliquée sur les cibles et de mettre en lumière les pistes d’amélioration nécessaires (réduction avec succès de la conductivité). L’équipe développe aussi son expertise en modélisation de diverses cellules menée dans le cadre de collaborations internes et externes.
Le thème de l’échantillonnage optique se répartit sur 2 axes. Le premier concerne la réalisation de photo-interrupteurs en matériaux III-V (AsGa basse-température, filière peu développée), là l’enjeu consiste à démontrer la faisabilité du concept avec la réalisation de différentes architectures et la mise au point d’étapes technologiques. Le second axe concerne le développement de convertisseurs analogique-numériques tout-optiques ultra-rapides à base de polymère électro-optique, actuellement peu investigués d’un point de vue technologique. Nos études s’attachent à mettre au point les premières briques de base pour la fabrication des guides d’onde à fuite en polymère.
Les développements en plasmonique visent à développer à la fois les capteurs et les méthodes innovantes de lecture. Ceci se traduit par une activité allant du composant (développements technologiques de la structure et fonctionnalisation des dispositifs) au système (intégration au stade de prototype des capteurs et du dispositif de lecture), dans le cadre de collaborations internationales. L’objectif est d’accroitre toujours plus la sensibilité des dispositifs.
Réalisation d’un modulateur plasmonique de lumière ultra-rapide en technologie intégrée
Programme Recherche Exploratoire Innovation DGA REI, Thalès System Airborne, Univ. Pierre et Marie Curie
- A. Gokarna, A. Gauthier-Brun , W. Liu , Y. Androussi , E. Dumont , E. Dogheche, J. H. Teng, S. J. Chua, D. Decoster, Applied Physics Letters, Vol. 96, Issue 19, pp. 1909-1911 (2010)
- Stolz, E. Dogheche, Y. Androussi, D. Troadec, D. Decoster, E. Cho, D. Pavlidis, Low loss GaN structure for optical waveguiding using prism coupling, Applied Physics Letter (in press 2011)
Ce modulateur est basé sur la génération d’ondes plasmon par couplage réseau face arrière (métal à plasmon de surface : Or Argent ITO, contact Schottky : Couche active GaN et Substrat Si n+) permettant la modulation d’un signal optique dans un guide intégré. les caractéristiques sont une faible tension de commande (~ 1V),une bonne stabilité mécanique, une grande dynamique potentielle et une bande passante de quelques GHz.
Programme Hubert Curien PHC Star, KAIST Daejeon, Nanovation Ltd
Collaborations internationales
- Programmes d’échanges Hubert Curien (2008/2009) matériaux SC nitrurés
- Singapour – A*Star Institute Materials Engineering (IMRE)
- Singapour - Nanyang Technological University (NTU) - UMI CNRS Cintra
- Daejon Corée - Korean Advanced Inst. of Science and Technology (KAIST)
- Ibaraki Japon - National Institute for Materials Science (NIMS) : MoU
- Darmstadt Allemagne- Technishe Universitad Darmstadt (TUD)
- Plymouth Angleterre- Centre for Research in Information Storage Technol (CRIST)
- Jeddah Arabie Saoudite - Center of Nanotechnology - King Abdullah Univ (KAU)
- Sétif Algérie- Faculté des Sciences, Dept Physique Univ Ferhat Abbas
- Institut Lomonosov Moscow, Dpt of Physics
- Moscow Steel and Alloys Institute, Acoustooptics Science and Technology Center
- Pays-bas - TU Delft, ESA
- Belgique – Institut royal d’Aéronomie Spatiale de Bruxelles