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Fiche U.E.

 Master ISTI – parcours recherche: « optique et lasers » - Semestre 3

INTITULE DE L’U.E. :



Ouverture scientifique

RESPONSABLE :



Nom, prénom : PFEIFFER Pierre

Discipline : Pluridisciplinaires

Adresse : Ecole Nationale Supérieure de Physique

Bld s. Brant 67400 ILLKIRCH

Tél:0390 244 630 fax : 0 390 244 6 19 pierre.pfeiffer@ensps.u-strasbg.fr

PROGRAMME :



Matières enseignées **

CM

CI

TD

TP

Travail perso étudiant

Coeff matière

CT*

CC*

Métrologie interférentielle




16




8

34

3

oui

oui




























Composants diffractifs



15




8

25

3

oui

oui

Biophotonique

20







8

30

3

oui

oui

Nanophotonique

23







8

25

3

oui

oui

Photonique de puissance

20







8

30

3

oui

oui

Photonique expérimentale










20

20

3




oui

**Liste non exhaustive, des matières pouvant être rajoutées d'autres LMD (matériaux, physique .. ) à condition qu'il y ait compatibilité sur le plan organisationnel au niveau de l'emploi du temps

* CT : contrôle terminal, CC contrôle continu
COMPETENCES A ACQUERIR :


Métrologie interférentielle

Cette deuxième partie concernera davantage l’évaluation interférométrique de la phase dans des applications scientifiques et industrielles. La notion de cohérence et son importance, aussi bien temporelle que spatiale sont développées. Le théorème de Wiener-Knitching est introduit et rapporté à la fonction d’autocorrélation et la visibilité de franges d’interférence. La technique d’ombrage et les techniques de Schlieren pour l’analyse des ondes de choc sont rapidement revues. L’interférométrie holographique et de speckle sont également traitées. Les techniques FFT et de décalage de phase pour des évaluations quantitatives de l’information interférométrique sont étudiées. Des applications industrielles sont illustrées et le cours se termine par l’interférométrie à plusieurs longueurs d’onde.


Composants diffractifs

Ce cours permettra aux étudiants de comprendre les éléments optiques diffractifs et les fonctions associés. Il présentera leurs caractéristiques, les principales techniques de conception ( algorithmes de Fourier itératifs) et de fabrication.



Nanophotonique

Dans ce cours les étudiants apprendront les principes de nanostructuration de la matères et les bandgap photoniques. Les étudiants vont également apprendre comment manipuler les matériaux nanostructurés et et les applications en nanophotonique.



Photonique de puissance

L’objectif de ce cours est d’offrir aux étudiants une ouverture opérationnelle sur les différents domaines utilisant l’énergie des photons, couvrant aussi bien les aspects fondamentaux que leurs applications industrielles existantes et à venir. Les étudiants vont apprendre la physique du traitement laser, le transfert d’énergie entre lumière et matière, la propagation de faisceaux lasers de puissance dans l’atmosphère et les gaz et l’enginierie du traitement de la matière par laser.



Photonique expérimentale

TP 1 : Capteur à fibre optique à modulation de phase ; TP 2 : Communication optique et multiplexage de longueur d’onde ; TP 3 : Polarimétrie ; TP 4 : Fibre optique à réseau de Bragg ;

TP 5 : Synthèse d’un EOD TP 6 : Photonique de puissance – TP 7 et 8 : Impulsions laser femtoseconde – spectroscopie laser (IPCMS – GONLO)


TYPE D’ENSEIGNEMENT :



CM : 70h présentielles

TD : h présentielles

TP : 20h présentielles

Autre : (spécifier, exposés, visites …) h présentielles

Charge horaire totale pour l’étudiant : 175

Crédits ECTS : 12



Les enseignements assurés par des intervenants extérieurs :





MUTUALISATION :



UE obligatoire pour le master :oui

Peut constituer une UE optionnelle pour d’autres masters : OUI sauf les matières expérimentales

Peut constituer une UE libre : OUI sauf les matières expérimentales



UE : Photonique


METROLOGIE INTERFERENTIELLE

Semestre S3







ECTS : 3

COURS


16

TD

TP

4



Projet


Total d’heures eq TD

28

Enseignant :

Vukicevic Dalibor, Professeur, section 63, Laboratoire des systèmes photoniques, tél 039024 4510, fax 0390244545, dv@ensps.u-strasbg.fr






Module au choix : oui




Pré-requis : Optique physique, géométrique et ondulatoire, Notions de base de physique atomique, et d' analyse de Fourier, quantification et échantillonnage du signal.

OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT


Fournir aux étudiants des compétences approfondies sur les méthodes expérimentales des mesures en utilisant l'interférence et la lumière structuré .

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PROGRAMME DETAILLE


Cohérence temporaire et spatiale de la lumière naturelle et laser. Temps et longueur de cohérence. Modifications de la cohérence. Interférométrie a deux ondes, Fonction instrumentale. Localisation des franges. Interférométrie synchrone, et interférométrie diachrone. Hétérodynage optique. Principes de l'interférométrie holographique et speckle. Méthodes en temps réel ou en temps moyenné. Application au contrôle non destructif et à la métrologie d'objet de phase, des déformations et des vibrations de structure mécanique. Ombroscopie et strioscopie (Schlieren). Interférométrie a plusieurs ondes. Fonction d'Airy. Pouvoir optique et résolution. Introduction à l'interférométrie de haute précision. Analyse modale d'une source laser opérande en mode continue et en mode impulsion. Interférométrie à l'amplification de la phase. Méthodes d'exploitation automatique des interférogrammes. Échantillonnage. Méthode globale, ( FFT ), Méthodes locale; (balayage de phase, décalage de phase). Granularité laser (speckle), objective et subjective. Spectre de Wiener. Détection d'une image "specklé". Interférométrie speckle (ESPI). Holographie numérique. Interférométrie speckle vis-à-vis l'interférométrie holographique. Applications industrielles

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APPLICATIONS (TD ou TP)

Les étudiants effectueront 2 TP choisis parmi 8 sujets proposés :

CAO optique (2x), Optique intégrée, Couplage de modes dans une fibre optique, Capteur à fibre optique polarimétrique, OTDR, Mesure de bande passante dans une fibre optique, Analyse d’un réseau blazé, Laser de puissance
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COMPETENCES ACQUISES


Compréhension des principales techniques de la métrologie optique et de la physique associée en mesure interférométriques. Méthodologie expérimentale, prise de mesures, anticipation et prise en compte des problèmes spécifiques d'interférométrie, de quantification et d'exploitation d'interférogrammes.

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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen : examen écrit 2h




UE :

Ouverture scientifique


Titre du module

Composants diffractifs

Semestre S3

OS-M26



ECTS : 3

COURS


15

TD

TP

Projet



Total d’heures eq TD

20 h

Enseignants :

Twardowski Patrice, Maître de conférences, section 63, ULP-LSP, EA3426,

0390 244 613 fax : 0 390 244 619

patrice twardowski@ensps.u-strasbg.fr





Module au choix : oui




Pré-requis : L’optique géométrique, l’optique physique (ondulatoire) et les bases de l’optique électromagnétique.

OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT


Les composants diffractifs sont des microstructures dont le comportement est essentiellement décrit par les phénomènes de diffraction. Ils sont utilisés dans de nombreux domaines comme par exemple la spectroscopie, les systèmes anti-fraude et le façonnage de faisceaux lasers. Dans ce module on présente les caractéristiques de ces composants avec les principales méthodes de conception et de fabrication en traitant de façon privilégiée les éléments de phase à travers de nombreux exemples.

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PROGRAMME DETAILLE


  1. Utilisation du modèle de l’optique ondulatoire (points approfondis : holographie, fonction de transfert de phase, réseau à relief de surface, présentation de l’holographie numérique)

  2. Utilisation du modèle de l’optique électromagnétique (présentation détaillée de la théorie des ondes couplées et d’une approximation à 2 ondes, influence de la polarisation)

  3. Présentation succincte des méthodes de fabrication et de réplication des structures diffractives

  4. Présentation des caractéristiques des principaux logiciels professionnels disponibles pour l’aide à la conception

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APPLICATIONS (TD ou TP)

En complément et au choix, deux TP consacrés aux éléments diffractifs (conception et mesure de caractéristiques) sont proposés dans le module physique expérimental.

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COMPETENCES ACQUISES


A l’issu de cet enseignement, l’étudiant connaîtra les caractéristiques des composants diffractifs ainsi que les principales techniques de conception et de fabrication employées.

BIBLIOGRAPHIE :

Notes de cours polycopiées,

Turunen J. and Wyrowski F., Diffractive optics for industrial and commercial applications, Akademic Verlag, Berlin 1997


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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen :

Contrôle terminal sous la forme d’un examen écrit de synthèse avec documents (2h)





UE :

Optique et Signal


Titre du module

Photonique de puissance

Semestre S3






ECTS : 3

COURS


20h

TD

TP

4



Projet


Total d’heures eq TD

34h

Enseignants : Patrick MEYRUEIS

PR , 63ème section CNU, Directeur Laboratoire des systèmes photoniques

meyrueis@sphot.u-strasbg.fr

Joël FONTAINE PR. INSA Tél : 03 90 24 46 15 fax : 03 90 24 46 19


Module au choix : oui

Pré-requis : Connaissances générales en physique. Optique géométrique, ondulatoire et quantique, niveau licence, CAO-CFAO optique, connaissances souhaitées mais non indispensables en mécanique, métallurgie, plasturgie, bio médical, selon domaine applicatif visé.

OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT


L'objectif de ce cours est de mettre les étudiants en contact avec l'ensemble des connaissances de l'énergétique photonique en alliant des aspects fondamentaux aux applications industrielles existantes et à venir. Les étudiants seront aussi aptes à continuer à se spécialiser dans ces domaines pour qu'ils soient, au coeur de leur carrière ou bien pour que l'ensemble de connaissances soient exploitées au cours des développements photoniques appliqués ou non auxquels ils auront à contribuer.

Ce cours est un cours qui présente deux orientations : fondamentales et appliquées. Ce qui permet d'aborder aussi bien des problèmes d'ingénierie en énergétique photonique que des problèmes de développement théorique en ce domaine. Il n'a pas pour ambition de couvrir de façon encyclopédique tous les aspects de l'énergétique photonique mais d'aborder les points principaux qui permettront à l'étudiant de progresser ultérieurement vers un niveau d'expertise élevé s'il le souhaite.

L'énergétique photonique est un domaine à forte composante pluridisciplinaire surtout pour la partie applications.

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PROGRAMME DETAILLE


  1. Rappels : Radiométrie, physique des lasers, thermodynamique, physique des plasmas

  2. Transfert énergétique rayonnement matière

  3. Physique de l'usinage laser et bases technologiques :

  4. Propagation des faisceaux lasers de puissance dans l'atmosphère :

  5. Ingénierie de l'usinage laser :

  6. Sécurité de l'usinage laser

  7. Etude de cas : exemples

  8. Introduction à la photonique de puissance solaire

  9. Ingénierie de quelques dispositifs pour l'énergie solaire et mise en œuvre :

  10. Progrès à attendre des matériaux, rôle des nanotechnologies photoniques

  11. Prospective de l'énergétique photonique, rôle à attendre des micro et nanotechnologies

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APPLICATIONS (TD ou TP)

Les étudiants effectueront 2 TP choisis parmi 8 sujets proposés :

CAO optique (2x), Optique intégrée, Couplage de modes dans une fibre optique, capteur à fibre optique polarimétrique, OTDR, Mesure de bande passante dans une fibre optique, Analyse d’un réseau blazé, Laser de puissance

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COMPETENCES ACQUISES


Les compétences acquises sont de nature à la fois opérationnelle et potentielle. C'est-à-dire qu'à l'issu de ce cours, l'étudiant sera à même de traiter des problèmes d'énergétique photonique y compris des problèmes pratiques mais il aura aussi les bases lui permettant de continuer sa formation pour maîtriser une ou plusieurs composantes de l'énergétique photonique à un haut niveau, dans le cadre d'une étude doctorale par exemple. Il aura pris connaissance des spécificités de l'énergétique photonique, il aura connaissance des principaux outils, méthodes, procédés à mettre en œuvre aussi bien d'un point de vue théorique qu'expérimental. Ceci inclut les responsabilités que doit prendre un ingénieur ou un chercheur en matière de sécurité. L'énergétique photonique est en développement rapide aussi bien d'un point de vue scientifique qu'économique, car ses avantages sont de mieux en mieux perçus et exploités. Ce cours permettra de suivre l'évolution attendue dans les prochaines années avec profit en offrant de plus la possibilité d'y jouer un rôle.
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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen :

Mixte contrôle continu + examen final, + note sur projets d'élèves et éventuellement stages.






UE :

Decouverte scientifique


Titre du module

Nanophotonique

Semestre S3





ECTS : 3

COURS


23

TD

TP

4



Projet


Total d’heures eq TD

37


Enseignant : Patrick MEYRUEIS

PR , 63ème section CNU, Directeur Laboratoire des systèmes photoniques

Tél : 03 90 24 46 15 fax : 03 90 24 46 19

meyrueis@sphot.u-strasbg.fr



Module au choix : oui

Pré-requis : Optique de base géométrique ondulatoire quantique, CAO optique connaissance de base, mathématique pour l'ingénieur, connaissance générale en physique

OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT


Les matériaux nanostructurés ont des propriétés spécifiques par rapport à leur interaction avec des photons. Selon la longueur d'onde de ces photons, leur direction, ces photons seront traités par le matériau nanostructuré selon la nature du matériau (conducteur ou diélectrique), selon la morphologie des nanostructurations et selon leur nature mono, bi ou tridimensionnelle, les photons incidents auront un cheminement différent selon ces paramètres dans le matériau et à sa sortie. Par rapport à des matériaux micro structurés, des fonctions nouvelles pourront être ainsi implémentées. Les matériaux nanostructurés vont se comporter comme des matériaux à band gap, mais par rapport aux fréquences. Ainsi il sera possible notamment de réaliser des guides d’ondes n'ayant pas de perte dans les courbures ou des miroirs mutlidirectionnels.

Ce cours a pour objectif d'introduire les principes et méthodes de la nanophotonique, de présenter et discuter des résultats expérimentaux à partir d'une approche partant de la modélisation des ondes évanescentes jusqu'aux réalisations technologiques.

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PROGRAMME DETAILLE


  1. Rappels : équation de Maxwell, diffusion, diffraction de la lumière, onde évanescente, miroir de Bragg

  2. Principe des cristaux photoniques

  3. Cristaux photoniques en une, deux ou trois dimensions, différents types de cristaux photoniques, méthodes de conception et de fabrication

  4. Propriétés remarquables des cristaux photoniques, cas des cristaux photoniques dans la nature, caractérisation des cristaux photoniques, cristaux photoniques et méta matériaux, matériaux à bande interdite

  5. Fibres optiques et guide d'onde à cristaux photoniques, méthode de production, premières applications linéaires et non linéaires

  6. utilisation biomédicale de cristaux photoniques

  7. Autres nanotechnologies photoniques, les bases physiques et les applications

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APPLICATIONS (TD ou TP)

Les étudiants effectueront 2 TP choisis parmi 8 sujets proposés :

CAO optique (2x), Optique intégrée, Couplage de modes dans une fibre optique, capteur à fibre optique polarimétrique, OTDR, Mesure de bande passante dans une fibre optique, Analyse d’un réseau blazé, Laser de puissance

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COMPETENCES ACQUISES


A l'issu de cet enseignement, l'étudiant aura des connaissances générales et spécifiques sur les nanotechnologies photoniques. Il sera à même de déterminer les outils les plus appropriés et jusqu'à un certain niveau à les mettre en œuvre pour élaborer des nano composants, des nano systèmes destinés à mesurer, transformer, ou transmettre un signal avec de la lumière pour créer, produire, ou communiquer.

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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen :

L'évaluation sera le fait d'une note de contrôle continu et d'une note d'examen en fin de module, et d'évaluation de projet.






UE :

Ouverture scientifique


Titre du module

Photonique Expérimentale

Semestre S3






Credits : 3

COURS


TD

TP

20h


Projet



Total d’heures

13,5h


Enseignants :

Takakura Yoshitate, MC, 63, LSIIT UMR CNRS/ULP 7005, Tél : +33(3)90244612, Fax : +33(3)90244531



Yoshitate.Takakura@ensps.u-strasbg.fr

Pfeiffer Pierre, MC, 63, LSP EA , tél : 03 90 24 46 30 , fax : 03 90 24 46 19



Pierre.Pfeiffer@ensps.u-strasbg.fr



Module au choix : non



Pré-requis : Théorie des guides d’ondes optiques : propagation, modulation et multiplexage. Diffraction de la lumière par les milieux périodiques. Interférences d’ondes. Méthodes de formation d’images.

OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT


L’objectif de ce module expérimental est de mettre en pratique les connaissances acquises en optique ou photonique à l’issue de l’enseignement théorique. Il s’agit de sensibiliser les étudiants à la rigueur expérimentale caractéristique de la métrologie optique pour observer puis mesurer des observables dans le but d’une confrontation avec les calculs ou simulations ; une démarche quantitative est donc adoptée.

Les thèmes abordés sont : les capteurs, le multiplexage en longueur d’onde, la modulation, les réseaux ou la microscopie interférentielle , spectroscipie laser femtoseconde ; les aspects « signal optique » aussi bien qu’« image » sont ainsi considérés.

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PROGRAMME DETAILLE


TP 1 : Capteur à fibre optique à modulation de phase ; TP 2 : Communication optique et multiplexage de longueur d’onde ; TP 3 : Polarimétrie ; TP 4 : Fibre optique à réseau de Bragg ;

TP 5 : Synthèse d’un EOD – TP 6 : Photonique de puissance – TP 7 et 8 : Spectroscopie laser femtoseconde.

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APPLICATIONS (TD ou TP)

Voir volumes horaires ci-dessus.

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COMPETENCES ACQUISES


A l’issue de cet enseignement, les étudiants se seront familiarisés avec les composants optiques d’actualité ainsi que l’instrumentation associée. Ils seront à mesure de mettre en œuvre un dispositif expérimental pour observer, analyser ou transmettre avec la lumière et pourront rapidement être opérationnels dans un laboratoire de recherche ou dans l’industrie.

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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen :

Contrôle continu.





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