parcours type «optoelectronique » (oe)

PARCOURS TYPE «OPTOELECTRONIQUE » (OE)
P-OMP-521A- Physique de la matière condensée, détecteurs et sources à
semiconducteurs (G. Fishman, E. Rosencher). Optique du solide: interaction lumière - matière,
indice. Gaz d’électrons libres: chaleur spécifique, conduction, effet Hall. Cohésion des solides: atome
d’hydrogène, origine de la liaison dans la molécule d’hydrogène, liaisons fortes. Électrons dans un
potentiel périodique: fonctions de Bloch, zones de Brillouin. Dynamique des électrons de Bloch:
conductivité, bande presque pleine (trou), masse cyclotron. Semiconducteurs: donneur, accepteur,
structures de bande, statistique, thermodynamique des porteurs. La jonction p/n. Propriétés optiques
des semiconducteurs. Densité d’états joints. Equations d’Einstein. Absorption, émission spontanée,
émission stimulée. Détecteurs photovoltaïques et détecteur photoconducteurs. La diode
électroluminescente. Condition de Bernard - Durrafourg. La diode laser. (6 ECTS)
P-OMP-522A- Microtechnologies et méthodes d’analyse (F. Delmotte, R. Ossikovski, O.
Durand). Initiation aux microtechnologies: dépôts de films minces, photolithographie, gravure,
réalisation de microsystèmes (MEMS et MOEMS) et applications en opto-électronique.
Caractérisation optique: techniques, modélisation des couches minces (milieux effectifs, anisotropie,
dépolarisation). Ellipsométrie: principes, mise en œuvre, modélisation, applications. Microscopie
électronique à balayage (MEB): principes de l’imagerie nanoscopique, application à la lithographie
nanoéchelle. Spectroscopie aux rayons X: historique, physique (production et absorption), diffraction
(facteur de diffusion atomique, facteur de structure, conditions de Laue, sphère d'Ewald, loi de Bragg),
diffraction par les cristaux réels (effet de taille finie - équation de Scherrer, microdéformations),
textures cristallines (texture de fibre, figure de poles, rocking-curve), méthodes expérimentales (Laue,
Debye - Scherrer, theta / 2theta, goniométrie à quatre cercles). (3 ECTS)
P-OMP-523A- Guidage et couplage des ondes optiques (J.-M. Jonathan). Guidage:
condition de guidage, fréquence de coupure, équation de dispersion. Les modes et leur confinement,
vitesse de groupe. Fibres optiques multimodes, dispersion intermodale. Fibres optiques monomodes,
modes LP, approximation gaussienne et dispersion du mode LP01, effet de la dispersion chromatique
du matériau et des paramètres de la fibre. Pertes et atténuation. Couplage d'ondes: diverses origines
physiques du couplage d’ondes, polarisations induites linéaires et non linéaires. Conditions d’accord
de phase en optique linéaire et non linéaire. Quasi accord de phase. Les phénomènes de couplage
d’onde dans les réseaux, les guides d’ondes et les matériaux non linéaires. Applications. (3 ECTS)
P-OMP-524A- Lasers (F. Balembois). Atomes et photons: processus mis en jeu, exemple de
forme de raies, section efficace d'une onde laser, équation des populations. Amplification optique:
intensité, influence de la nature de l'élargissement spectral, modification de l'indice de l'amplificateur.
L'oscillateur laser: conditions d'oscillation, intensité en sortie d'oscillateur, cas des cavités linéaires,
spectre de l'oscillateur laser. Lasers impulsionnels: oscillateurs impulsionnels, amplificateurs
impulsionnels. Optique des lasers: approche intuitive: intérêt de l'onde sphérico-gaussienne, étude
détaillée de l'onde sphérico-gaussienne, comment faire des cavités stables, modes d'ordre supérieurs.
Les différents types de lasers. Sécurité laser. Applications des lasers. (3 ECTS)
P-OMP-525A- Travaux expérimentaux (M. Bondiou, N. Westbrook, R. Ossikovski, A.
de Martino). Diode laser: étude statique et en régimes de modulation. Laser Nd :YAG pompé par
diode : régimes continus et pulsés, doublage en fréquence intra-cavité. Sondes optiques homodyne et
hétérodynes. Amplificateurs à fibres. Cristaux photoréfractifs et applications à la mesure de
déplacements. Télécommunications optiques : transmissions analogique et numérique, modulation,
multiplexage en polarisation (PDM), codes de correction d’erreur. Optique non linéaire: effet Pockels
et génération de seconde harmonique dans un cristal de KDP. Ecrans de visualisation et transistors à
couches minces (TFT). (3 ECTS)

MODULES THEMATIQUES
THEMATIQUE : OPTOELECTRONIQUE
P-OMP-544A- Télécommunications optiques (N. Dubreuil) (Institut d'optique). Rappels -
les fibres optiques- conception d'une ligne de transmission par fibres optiques. Introduction et
généralités- type de liaisons - bruit de photo détection - taux d'erreurs d'une liaison- conception d'une
ligne de transmission- distances maximales de transmission. Amplificateurs à fibre dopée erbium.
Principe et intérêts de l'amplification optique. Les différents types - principe de fonctionnement -
principales caractéristiques - architectures - autres types d'amplificateurs à fibre systèmes de
transmission wdm - généralités - contexte - principales caractéristiques d'une ligne wdm - composants
et fonctions dans les systèmes de transmission wdm - systèmes commerciaux et en cours de
développement limitations des performances des systèmes de transmission. La dispersion des modes
de polarisation. Effets non linéaires dans les fibres optiques - propagation de solitons. (3 ECTS)
P-OMP-545A- Electrooptique, optoélectronique et communications optiques (J.-P.
Huignard, D. Dolfi) (Thales). Effets électrooptiques dans les cristaux et les polymères.
Modulateurs: structure (matériaux, optique intégrée), performances (puissance, bande passante).
Bistabilité optique. Effets acoustooptiques: propagation des ultrasons dans les milieux électrooptiques,
diffraction de Raman - Nath et de Bragg, applications aux modulateurs et aux déflecteurs. Application
des modulateurs électrooptiques et acoustooptiques à la transmission de signaux radiofréquence.
Modulateurs spatiaux de lumière: principes, technologie, adressage optique et électrique.
Magnétooptique: effets de Faraday et de Cotton - Mouton, matériaux, applications (modulateurs,
isolateurs, circulateurs). Transmission analogique (microonde ou haute fréquence) sur porteuse
optique dans les fibres: dynamique et régime linéaire, techniques de modulation haute fréquence,
applications (antennes radar, filtrage). (3 ECTS)
P-OMP-546A- Mise en œuvre des détecteurs (J.-L. Meyzonnette) (Institut d'optique).
Caractéristiques générales: réponse spectrale, uniformité, sources de bruit en détection optique, flux
équivalent au bruit, détecteurs BLIP, détectivité spécifique. Détecteurs thermiques: sensibilité, bande
passante, types de détecteurs (bolomètres, pyroélectriques). Détecteurs quantiques: photoémissifs
(photomultiplicateurs), photoconducteurs, photovoltaïques. Mise en œuvre des détecteurs: détection
directe, hétérodyne, détection synchrone. Matrices et barrettes (CCD et CMOS). Détection hétérodyne:
gain en rapport signal sur bruit, facteur de mélange, théorème d'antenne. (3 ECTS)
P-OMP-547A- Affichage, visualisation (D. Pribat) (Ecole Polytechnique). Principes
d’adressage. Rappels sur les tubes cathodiques. Ecrans à cristaux liquides : limitations du
multiplexage, critère de Alt et Pleshko, matrices actives. Ecrans à base d’électroluminescents
organiques (OLEDs, PLEDs), matrices actives. Ecrans à base d’électroluminescents minéraux
(ACTFEL). Ecrans à émission de champ. Ecrans plasma. (3 ECTS)
THEMATIQUE : INSTRUMENTATION, ONDES ET OPTIQUE
P-OMP-538A- Optique non linéaire (A. de Martino) (Ecole Polytechnique). Origine
physique des non linéarités optiques, tenseur de susceptibilité, équation de propagation, longueur de
cohérence et accord de phase. Effets de deuxième ordre: génération de seconde harmonique et de
fréquence somme et différence, amplification et oscillation paramétriques. Effets de troisième ordre:
automodulation de phase, diffusion Raman et Brillouin, mélange à quatre ondes, conjugaison de
phase. (3 ECTS)
P-OMP-539A- Matériaux semiconducteurs pour l’optique non linéaire (A. Levenson, R.
Kuszelewicz) (CNRS). Intérêt de l'optique non-linéaire (ONL) dans les semiconducteurs. Rappels

sur les semiconducteurs. Propriétés électroniques et optiques des semiconducteurs. Non-linéarités
optiques dans les semiconducteurs: non-linéarités intrinsèques versus non-linéarités dynamiques, non-
linéarités intrinsèques d'ordre 2 et 3, non-linéarités gouvernées par la dynamique des états excités
(effets spatio-temporels dans les systèmes ONL). Quelques dispositifs optiques non-linéaires à
semiconducteur: systèmes à accès vertical, amplificateurs, portes, mémoires, et régénérateurs tout-
optiques, dispositifs en optique guidée. Avenir des dispositifs à semiconducteur et recherches en
cours: génération de seconde harmonique, quasi-accord de phase, cristaux photoniques non-linéaires,
solitons spatiaux et logique optique. (3 ECTS)
P-OMP-540A- Nanotechnologies et méthodes d’analyse (B. Drévillon, J.-M. Gérard, A.
Fontcuberta) (Ecole Polytechnique, Commissariat à l'Energie Atomique). Boîtes
quantiques: propriétés électroniques (confinement), applications (lasers). Nanomatériaux à base de
silicium: µ-Si, poly-c-Si. Nanotubes de carbone: structure électronique et applications (émission de
champ). Polarimétrie : principes, modélisation et caractérisation de structures dépolarisantes (réseaux
de diffraction). Microscopie électronique à transmission (TEM) : imagerie d’objets nanoscopiques et
de plans atomiques, simulation de la propagation du front d’onde. (3 ECTS)
P-OMP-541A- Nanophotonique (H. Benisty, P. Lalanne) (Institut d'optique). Optique
diffractive. Régime sub-longueur d'onde: effets moyens (Clausius - Mossotti, Maxwell - Garnett),
biréfringence. Applications à des structures complexes: réseaux blasés binaires, lentilles. Matériaux à
bandes interdites photoniques, miroir de Bragg, cristaux photoniques 2D et 3D. Cristaux 2D en
géométrie de guide d'onde, application à l'optique intégrée (télécom). Fibres à cristaux photoniques.
Rayons obliques dans une structure 2D. Diverses limites : "éternellement monomode", "à guidage
dans l'air", etc. Aperçu sur les possibilités de modification de l'interaction lumière - matière,
application des puits et boîtes quantiques électroniques (nanocristaux) pour l'optique. (3 ECTS)
THEMATIQUE : PHOTONIQUE ET TRAITEMENT DE L’INFORMATION
P-OMP-573A- Réseaux photoniques et commutation : aspect système et modélisation (D.
Barth, J.-M. Fourneau) (Université Versailles - St. Quentin). Description générale d'un
réseau informatique : principes et exemple d'INTERNET. Réseaux de circuits (WDM) :
dimensionnement WDM, Affectation et gestion de longueurs d'onde, réseaux SONET. Réseaux de
paquets (DWDM et TDWDM) : format et taille de paquets, algorithmique de routage tout-optique,
résolution de contention, qualités de service. Analyse de performances d'un réseau de paquets tout-
optique. (3 ECTS)
P-OMP-574A- Routages photoniques et optoélectroniques : algorithmique, modélisation
et simulation (F. Quessette) (Université Versailles - St. Quentin). Méthodes de routage tout-
optique: déflexion, convergence, commutation de circuits virtuels (exemples des projets RNRT ROM
et ROM-EO). Gestion des classes et qualités de service (exemple du projet européen DAVID). Gestion
du "Burst switching". Enjeux actuels et tendances technologiques pour les réseaux optiques. (3
ECTS)
P-OMP-575A- Composants et circuits microondes (P. Crozat, F. Aniel) (Université Paris
11). Composants pour les applications microondes (MOSFET, MODFET, BJT, TBH, diodes) :
fonctionnement physique, performances HF et bruit, technologie et modélisation électrique.
Principales fonctions des systèmes télécom : sources microonde, amplification faible bruit et
puissance, mélangeurs, coupleurs, diplexeurs. Conception d’un amplificateur large bande MMIC
(théorie et avec la fonderie UMS). Caractérisation sur tranche des composants passifs et actifs MMIC.
(3 ECTS)