Modulbeschreibung für die zentralen Module/ Description - BFH-TI

Description du module
Photonique appliquée
Généralités
Désignation du module
Photonique appliquée
Catégorie du module
Approfondissement technique et scientifique
Périodes
2 périodes de cours et 1 période d’exercice par semaine
Brève description /Explication des objectifs et du contenu du module en quelques phrases
La photonique appliquée apporte des connaissances dans le domaine des appareils photoniques modernes et de leurs
applications. Suite à une brève révision des connaissances en optique, l’étudiant sera initié à la physique de base en matière
d’interaction lumière-matière. Ce sujet conduit à une description détaillée de l’optoélectronique dans le domaine des systèmes
de détection de lumière et des sources lumineuses. Après une révision des composants standards, l’étudiant se familiarisera
avec des dispositifs modernes, tels que les détecteurs de photon unique, les diodes électroluminescentes et les diodes laser à
semi-conducteur utilisées en télécommunications. Le troisième cours aborde le thème de la transmission du signal dans des
guides d’ondes optiques. Ainsi, l’étudiant suivra une introduction sur le principe de base des guides de lumière et l’émergence
des modes de propagation dans les fibres optiques. Par ailleurs, l’étudiant aura une vue d’ensemble des différents types de
fibres et de leurs applications. Un autre sujet fondamental concerne le thème de l’efficacité des couplages entre les différents
composants d’un circuit optique. Le couplage de sources lumineuses à des fibres optiques, le couplage fibre à fibre, ainsi que
les coupleurs directionnels seront traités à titre d’exemple. Le module sera complété par une sélection détaillée de systèmes
photoniques afin de permettre une meilleure compréhension. Les dispositifs optiques composant ces systèmes seront décrits
en détail, ainsi que leur fonctionnalité, et leur application spécifique. Par exemple, des biocapteurs optiques, un système de
télécommunications et une application médicale seront abordés.
Objectifs, contenu et méthodes
Objectifs d'apprentissage et compétences visées
• L’étudiant se familiarisera avec les principes fondamentaux de l’optique ondulatoire, les phénomènes d’interférence, les filtres
et les grilles
• Il connaîtra les principes fondamentaux de l’interaction lumière-matière
• Il connaîtra également les types principaux de sources de lumière à semi-conducteur ainsi que les détecteurs utilisés à l’heure
actuelle
• Il connaîtra les principes des guides de lumière dans des guides d’ondes optiques
• Il se familiarisera avec les différents types de fibres optiques et leurs applications
• Il saura comment évaluer les mécanismes de couplage de sources de lumière dans les fibres ainsi que les pertes dues au
couplage fibre-fibre
• L’étudiant saura comment sélectionner et appliquer sources, détecteurs et fibres optiques pour la conception d’un système
faisant appel à des dispositifs photoniques
Contenu du module
• Bases de l’optique physique, phénomènes d’interférence, filtres et réseaux de diffraction.
• Interaction lumière-matière (absorption, émission, diffusion)
• Détecteurs : photodiodes, photomultiplicateurs, capteurs d’image de types CCD et CMOS, circuits électroniques dédiés.
• Sources : diodes électroluminescentes, diodes superluminescentes, diodes laser
• Optique guidée : principes de propagation de la lumière dans des guides d’ondes, types et propriétés des guides d’ondes (par
ex : fibres), couplage laser-guide d’onde, couplage entre guides d’ondes, coupleurs de guides d’ondes, etc.
• Introduction aux systèmes photoniques permettant d’illustrer des applications types dans les domaines de la métrologie, des
télécommunications et de la médecine.

Plan du module avec pondération des contenus d’enseignement
Semaine Chapitre
1
2 Bases de l’optique physique, phénomènes d’interférence, filtres et réseaux de diffraction, introduction à
l’interaction lumière-matière
3
4
5
Photodiodes, photomultiplicateurs, capteurs CCD et CMOS, circuits électroniques dédiés
6
7
8
Diodes électroluminescentes, diodes superluminescentes, diodes laser à semi-conducteur
9
10
11
Principes de la propagation de la lumière dans les guides d’ondes
Types et propriétés des guides d’ondes
Couplage des sources lumineuses aux guides d’ondes, couplage entre guides d’ondes, …
12
13
14
Systèmes photoniques :
Trois des systèmes suivants feront l’objet d’une discussion : capteurs biomédicaux, systèmes de
télécommunications, optoélectronique organique, tomographie par cohérence optique, spectroscopie, …
Organisation du module (p. ex. division en cours)
cours chapitres semaine
1 Révision des connaissances en optique & introduction à l’interaction lumière-matière 1 - 2
2 Détecteurs 3 - 5
3 Sources 6 - 8
4 Fibres optiques 9 - 11
5 Systèmes photoniques (3 exemples) 12 - 14
Méthodes d’enseignement et d’apprentissage
• Cours magistraux
• Exercices pratiques
• Travail personnel et discussion de travaux
Connaissances et compétences prérequises
• Optique : bases de l’optique ondulatoire et géométrique
• Physique : bases pour les ingénieurs
• Electronique : électronique analogique de base
Bibliographie
“Fundamentals of Photonics“, B.E.A. Saleh, M. C. Teich, Wiley & Sons
“Optoelectronics & Photonics”, S. O. Kasap, Prentice-Hall Inc.
“Optical electronics in modern Communications“ A. Yariv, Oxford University Press
Mode d’évaluation
Conditions d’admission aux examens de fin de module (tests exigés)
-
Examen écrit de fin de module
Durée de l’examen 120 minutes
Moyens autorisés Recueil personnel de formules