Fiche U.E. Master ISTI – parcours recherche: « Optique et Lasers

Fiche U.E. Master ISTI – parcours recherche: « Optique et Lasers » - Semestre 3
INTITULE DE L’U.E. : Optique et Lasers
RESPONSABLE :
Nom, prénom : FONTAINE Joël
Discipline : Photonique
Adresse : Laboratoires des Systèmes Photoniques Bld S. Brant, BP10413 67400 ILLKIRCH cedex
(0)390 244 627 Fax :[phone] (INSA) : (0)388 144 747
[e-mail]
PROGRAMME :
Matières enseignées CM CI TD TP Travail
perso
étudiant
Coeff
matière CT* CC*
Physique des lasers 15 42 1 oui
Lasers et techniques
femtoseconde 10 28 1 oui
Optique non linéaire 15 42 1 oui
Biophotonique 15 42 1
Interaction lumière-matière :
cours approfondi 15 42 1 oui
Métrologie optique 12 25 1 oui
Microphotonique 20 55 1 oui
Optique guidée pour
télécoms et capteurs 15 42 1 oui
Nouveaux matériaux pour la
Photonique 20 55 1 oui
* CT : contrôle terminal, CC contrôle continu

COMPETENCES A ACQUERIR :
Physique des lasers / Impulsions ultra brèves
Comprendre les différents phénomènes à la base de la génération et l’amplification de la lumière. Mettre
en relation les propriétés particulières d’un laser et les contraintes liées à une application.
Lasers et Techniques femtosecondes
L’objectif de la partie impulsions ultra-courtes est de faire comprendre les problèmes spécifiques à la
génération et au contrôle des impulsions laser courtes.
Dans le tronc optique expérimentale, un aperçu des instruments et des techniques expérimentales
utilisées en spectroscopie laser sera donné.
Optique non linéaire
L’objectif de ce cours est de décrire les effets non linéaires de l’interaction lumière-matière notamment la
génération d’harmonique ou l’amplification paramétrique.
Biophotonique
La lumière ou l’onde électromagnétique est un outil puissant pour l’analyse des matériaux solides les plus
variés y compris le milieu biologique à toutes ses échelles de taille: tissus, cellules, protéines, DNA. La
biophotonique consiste à imager, à structurer, à manipuler les objets biologiques avec de la lumière. Ce
cours a pour objectifs de familiariser l’étudiant avec les techniques et thèmes de recherche les plus
modernes de la biophotonique. Après avoir exposé les notions de base (interactions lumière – milieu
biologique), nous allons traiter des exemples concrets tirés de la littérature scientifique actuelle.
Interaction lumière-matière
L’objectif de ce cours de physique fondamentale est double. D’une part il s’agit de décrire le champ
électromagnétique d’un point de vue classique et quantique. D’autre part l’interaction de ce champ
électromagnétique avec la matière sera abordé d’un point de vue formel (formalisme Liouvillien,
formalisme de l’atome habillé) et d’un point de vue concret au travers d’exemple de systèmes physiques
simples.
Metrologie optique
Compréhension des principales techniques de la métrologie, métrologie optique et de la physique
associée.
Microphotonique
Comprendre les principes des micro systèmes optiques. Apprendre les concepts et méthodes de
l’ingéniérie des micro dispositifs optiques pour la mesure et le traitement de signal.
Matériaux organiques et optique
Donner un aperçu global des relations entre structure, propriétés physico-chimiques et propriétés
optiques des matériaux organiques. Faire le lien entre l’ensemble de ces propriétés et les applications
actuelles des matériaux organiques à l’optique.
Optique guidée pour les telecommunications et les capteurs
Apprendre et comprendre comment les parameters physiques interviennent dans la propagation de la
lumière dans des fibres optiques. Applications aux capteurs.
Comprendre l’amplification de la lumière dans un guide d’onde, comprendre la dispersion de la lumière et
les effets non linéaires dans une fibre monomode. L’optique guidée intégrée, quelques exemples. Les
fibres à cristaux photoniques.
Nouveaux matériaux pour la Photonique.
La grande majorité des outils utilisés en optique et en photonique sont basés sur des matériaux solides
inorganiques : métaux pour l’optique catoptrique (miroirs), verres pour l’optique réfractive (lentilles), semi-
conducteurs les diodes électroluminescentes et lasers… Ce sont les caractéristiques particulières de
leurs réponses spectrales et temporelles à la lumière qui sont exploités ici et qui font tout leur intérêt. Ce
cours a pour objectif la description des processus électroniques à la base de ces propriétés optiques.
Le lien sera fait entre les caractéristiques structurales (solide cristallin, amorphe), électroniques
(matériaux isolant, conducteur, semi-conducteur) et optiques (absorption et réfraction avec leur
dépendance spectrale). La réponse de ces différents types de matériaux à des impulsions lumineuses
brèves sera elle aussi étudiée, avec ses liens avec la dynamique électronique sur des échelles de temps
ultra-courtes.

TYPE D’ENSEIGNEMENT :
CM : 137h présentielles
Autre : Visite laboratoire laser 4h présentielles
Charge horaire totale pour l’étudiant : 332
Crédits ECTS : 15
Les enseignements assurés par des intervenants extérieurs :
Métrologie optique : techniques holographiques 5 h
MUTUALISATION :
UE obligatoire pour le master :
OUI Peut constituer une UE optionnelle pour d’autres masters : non Peut constituer une UE libre : OUI

UE
Optique et lasers
LASERS : PHYSIQUE DES LASERS
Semestre S3
ECTS : 2 cours
15 h
TD
TP
Projet Total h TD
20 h
Enseignant : FONTAINE Joel, Professeur, CNU 63 ème section,
LSP EA 3426, Tel [phone], fax [phone],
[e-mail]
Module optionnel : non
Pré-requis : Physique des vibrations et des ondes. Éléments de physique quantique. Mathématiques pour
l’ingénieur : variables et fonctions de variables complexes ; résolution d’équations différentielles du
deuxième ordre. Opérations matricielles. Electromagnétisme, laser, optique non linéaire
OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT
• Présenter les principes de l’émission laser et les différentes conditions de mise en œuvre de
l’amplification de lumière.
• Présenter les caractéristiques des faisceaux laser et les principaux types de lasers en relation avec
leurs utilisations.
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PROGRAMME DETAILLE
Chap. I.- Rappels d’optiques et d’électromagnétisme
Chap. II.- Optique matricielle et calcul de cavités laser.
Chap. III.- Faisceaux laser. Les modes transverses.
Chap. IV.- Résonance optique. Les modes longitudinaux
Chap. V.- Absorption et émission de rayonnement par la matière.
Chap. VI.- Amplification de lumière et oscillation laser.
Chap. VII.- Caractéristiques générales des lasers.
Annexe - Evolution de la technologie des lasers.
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APPLICATIONS (TD ou TP)
Des exercices seront proposés en application du cours. Une partie sera évaluée et prise en compte dans
l’évaluation. Les notions introduites dans ce cours sont utilisées dans les TP de physique expérimentale.
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COMPETENCES ACQUISES
À l’issue de cet enseignement, l’étudiant aura appris à reconnaître les caractéristiques d’un laser, à
comparer les performances affichées aux limites théoriques. Il sera capable de modéliser un amplificateur
de lumière, d’évaluer le gain à partir des caractéristiques intrinsèques du matériau. Il sera également
capable d’établir le lien entre les propriétés particulières d’un faisceau et les accessoires utilisés. Des visites
d’installations laser pour des applications dans le domaine de la mesure et celui de la transformation des
matériaux permettront de concrétiser les notions introduites.
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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen : Une partie de contrôle continu (1/3
de la note) + contrôle terminal

UE
Optique et lasers
LASERS ET TECHNIQUES FEMTOSECONDES
Semestre S3
ECTS : cours
10 h
TD
TP
Projet Total d’h eqTD
15 h
Enseignant
Olivier CREGUT IR 1
IPCMS-GONLO, 23 rue du Loess 67034 Strasbourg Cedex 2
Tél :[phone] [e-mail]
Valérie Halté MCN, section 30
IPCMS-GONLO, 23 rue du Loess
67034 Strasbourg Cedex 2
Tel :[phone]
[email protected].fr
Module optionnel : non
Pré-requis : : Physique des vibrations et des ondes. Physique des lasers. Electromagnétisme, laser,
optique non linéaire
OBJECTIFS DE L’ENSEIGNEMENT
• Présenter les principes de réalisation et de caractérisation des impulsions laser ultra-brèves.
• La partie optique expérimentale a pour objectif de donner un aperçu des instruments et des
techniques expérimentales utilisées en spectroscopie laser.
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PROGRAMME DETAILLE
Génération d’impulsions laser ultra brèves
Propagation linéaire et non linéaire des impulsions
Caractérisation d’impulsions laser ultra-brèves
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APPLICATIONS (TD ou TP)
Des démonstrations dans les laboratoires de recherche du groupe d’Optique Non Linéaire du l’IPCMS
permettront d’illustrer les notions introduites dans le cours.
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COMPETENCES ACQUISES
L’étudiant aura acquis les connaissances théoriques pour comprendre et concevoir des expériences
d’optique impulsionnelle.
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Dispositif d’évaluation des enseignements et modalités d'examen :
Les notions introduites dans ce cours seront, pour l’évaluation, intégrées dans les modules « Physique des
lasers » et « Optique Non Linéaire »