SESSION AUTOMNE 2013

Session automne 2013 ELE771 – DISPOSITIFS PHOTONIQUES 1
Responsable(s)
du cours :
Véronique François
Crédits : 3
ELE771
DISPOSITIFS PHOTONIQUES
Préalable(s) : ELE412
PLAN DE COURS – SESSION AUTOMNE 2013
1. Coordonnées de l’enseignant
Groupe 01 : Véronique François (Veroni[email protected])
2. Descriptif officiel du cours
S’initier aux principes fondamentaux et aux applications des fibres optiques, des dispositifs
optoélectroniques actifs et des dispositifs passifs, avec accent sur les applications.
Propagation de la lumière dans l’espace libre et les fibres optiques. Principes de
l’amplification stimulée et des lasers : diodes électroluminescentes, diodes lasers à
semi-conducteurs, fibre optique amplificatrice. Dispositifs actifs : photodétecteurs,
moduleurs, commutateurs. Dispositifs à fibre passifs : connecteurs, coupleurs,
multiplexeurs de longueurs d’onde, isolateurs, réseaux de Bragg, capteurs.
Séances de laboratoire portant sur un projet visant la réalisation d’un dispositif photonique
avancé : l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium.
3. Objectifs spécifiques du cours
À travers les applications qui guident le cours et les laboratoires, ce cours a pour objectif
d’introduire les composants photoniques parmi les outils de conceptions de l’ingénieur
électrique. À la fin de ce cours, l’étudiant(e) devra être en mesure de :
− connaître et identifier les composants optiques et optoélectroniques de dispositifs
photoniques avancés;
− comprendre les principes de propagation guidée de la lumière, d’émission laser et
d’imagerie et appliquer ces notions au calcul des paramètres importants;
− expliquer le fonctionnement de différents lasers et photodétecteurs à semi-conducteurs
et de leurs circuits;
− choisir le dispositif approprié à une situation de conception donnée.
École de technologie supérieure
Département de génie électrique

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4. Stratégies pédagogiques utilisées
Les principaux moyens pédagogiques envisagés sont :
− Cours magistraux (un cours par semaine)
L’enseignement théorique est présenté durant les heures de cours magistraux à partir
d’exemples concrets. L’acquisition des connaissances est renforcée par les travaux
dirigés et les laboratoires. L’évaluation globale se compose de devoirs, rapports de
laboratoires et examens de contrôle.
− Travaux dirigés (cinq séances de deux heures, en alternance avec les laboratoires)
Ces séances servent à la résolution des exercices proposés aux étudiant(e)s afin de leur
permettre de mieux comprendre les notions présentées dans le cours. Les diverses
relations démontrées dans le cours sont appliquées pour résoudre des problèmes
concrets. Les étudiant(e)s sont invités à tenter de résoudre les problèmes avant la
séance de travaux dirigés afin de rendre celle-ci interactive. Ils peuvent également poser
des questions portant sur la matière du cours.
− Laboratoires (cinq séances de deux heures et une séance de quatre heures, en
alternance avec les travaux dirigés)
Les séances de laboratoire sont arrangées autour du projet de la réalisation d’un
dispositif photonique avancé : l’amplificateur à fibre dopée à l’erbium. L’étudiant(e) y
fait l’apprentissage pratique de l’épissure de fibres optiques, des tests de composants
optiques fibrés et manipule diode laser et phototodétecteur pour ensuite assembler le
tout et tester et évaluer le dispositif complexe réalisé.

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5. Contenu du cours
Date Contenus traités dans le cours Heures
1. Introduction
− Définitions de termes clés de la photonique
− Description d’un système photonique; exemples
− La sécurité dans un laboratoire de photonique
3 heures
2. La nature de la lumière
− Relation rayon / onde / photon
− Onde plane, champs et intensité lumineuse
− Modèle classique de l'atome, absorption et émission
spontanée
− Durée de vie de radiation, cohérence et longueur de
cohérence
3 heures
3. Propagation, imagerie et guidage
− Ondes EM : indice de réfraction, vitesse, propagation,
atténuation, absorption réflexion, transmission et
polarisation
− Optique géométrique : miroir, lentilles et grandissement,
systèmes d'imagerie
− Guidage par cascade de lentilles
− Fibre optique : guidage diélectrique, modes de
propagation, ouverture numérique et diamètre modal
− Types de fibres, fibres dopées, fabrication, épissure et
connectique
− Composants à fibre optique : coupleurs de puissance de
longueur d’onde, interféromètres, commutateurs
optiques et isolateurs
15 heures
4. Les lasers
− Émission stimulée, milieux de gain, 3 et 4 niveaux, types
de lasers (gaz, solides, semi-conducteurs)
− Cavités, modes longitudinaux, transverses et sauts de
modes
− Largeur de raie, rapport SSE
6 heures
5. Les composants optoélectroniques
− Matériaux semi-conducteurs : diagramme de bandes
d'énergie, jonction pn et polarisation
− LED: principe, structure et caractéristiques
− Lasers à semi-conducteurs : FP, DFB, à cavité externe,
stabilisation modale, circuits d'alimentation et codage
− Photodétecteurs : phototransistor, pn, pin, avalanche,
photopiles solaires, circuits d'alimentation
12 heures
Total 39
NOTE : Tous les cours sont d'une durée de 3 heures 30 minutes par semaine.

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6. Laboratoires ou travaux pratiques
Date Description Heures
LABORATOIRES (14 HEURES)
− Sécurité et manipulation des composants photoniques
− Épissure et caractérisation de fibres optiques
− Caractérisation de composants optiques passifs
− Diode laser
− Photodétecteur PIN
− Montage et caractérisation d’un amplificateur à fibre dopée à
l’erbium
2 heures
4 heures
2 heures
2 heures
2 heures
2 heures
TRAVAUX PRATIQUES (10 HEURES)
− Nature de la lumière, propagation, imagerie et guidage
− Lasers (2 heures)
− Composants optoélectroniques (4 heures)
4 heures
2 heures
4 heures
Total 24
7. Utilisation d’outils d’ingénierie
8. Évaluation
L'évaluation de l'étudiant(e) est composée de :
Activité Description % Date
Examen de mi-session (Note 1) 25 % 31 octobre
Deux devoirs 10 %
Six laboratoires 30 %
Examen final (Notes 2 & 3) 35 %
Note 1 : Style classique avec certains documents permis : Seules trois feuilles de formules
de format 8½ X 11 recto verso, manuscrites, préparées par l’étudiant sont
autorisées lors des examens. Durée de deux (2) heures.
Note 2 : Type synthèse avec certains documents permis : Seules six feuilles de formules de
format 8½ X 11 recto verso, manuscrites, préparées par l’étudiant sont autorisées
lors des examens. Durée de trois (3) heures.
Note 3 : La note de passage est de 50 %.
Une période de deux (2) semaines de délai est allouée pour la consultation des cahiers
d’examen après la communication des résultats.
Retard de remise d’un travail
-20 % par journée de retard.
Utilisation d’appareils électroniques
9. Documentation obligatoire
KASAP, S.O., Optoelectronics and Photonics: Principles and practice, Prentice-Hall, 2001 ou
2ème édition 2013.

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10. Ouvrages complémentaires de référence
DESMARAIS, L., Applied Electro-Optics. Upper Saddle River, NJ, Prentice Hall, 1998.
SALEH, B.E.A., Teich, MC, Fundamentals of Photonics, New York, Wiley-Interscience, 1991.