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Applications des peignes de fréquences optiques « duals » Équipe du Professeur Jérôme Genest Centre d’optique et laser Présenté par Michel Têtu Photonics.

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1 Applications des peignes de fréquences optiques « duals » Équipe du Professeur Jérôme Genest Centre d’optique et laser Présenté par Michel Têtu Photonics North – 29 mai 2014

2 Peigne de fréquences optiques Peigne de fréquences Train d’impulsions Référencement Fréquence de répétition: f rep Taux de répétition: t rep Décalage de fréquence “porteuse-enveloppe”: f 0 Glissement de phase: Δφ=2πf 0 / f rep Métrologie de précision: faire f 0 =0 MPI et NIST Auto-référencement : 2(f m + f 0 ) = f 2m +f 0 Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 2

3 Schéma général Peignes de fréquences optiques « duals » Éléments requis – Deux lasers pulsés de façon périodique à des taux différents – Une électronique de contrôle et commande des paramètres lasers – FC 1 signal d’interrogation, FC 2 signal d’oscillateur local – Photodétecteurs rapides pour générer des signaux hétérodynes RF – Électronique numérique d’acquisition des données Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 3

4 Brevet de l’Université Laval: Équipe Jérôme Genest (COPL) Montage considéré Traitement numérique et référencement Éléments caractéristiques – Lasers à fibre ML, Filtres FBG étroits ou lasers cw, détection hétérodyne, traitement numérique (A&P, FFT) Référencement numérique à postériori – Calibration échelle fréquence & décalage initial de fréquence Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 4

5 Protection de la propriété intellectuelle Brevets américains (Obtenus) – US 8,477,314 “Referencing of the beating spectra of frequency combs” (Method), – US 8,625,101: “Referencing of the beating spectra of frequency combs” (System), Brevet japonais (Obtenu) – JN “Referencing of the beating spectra of frequency combs”, Brevet canadien (En instance) – CA “Referencing of the beating spectra of frequency combs”, requête d’examen: Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 5

6 Principe d’application – Interférogramme – Spectre (a)Amplitude, sur une échelle logarithmique, des interférogrammes corrigés pour les quatre canaux : Source, Source + HCN, FBG 1 et FBG 2. (b)(b) amplitude de la réponse en fréquence optique des quatre canaux après que toutes les corrections soient appliquées. Interférométrie Spectrométrie – Fonction de transfert complexe (amplitude et phase) Réponse impulsionnelle Réponse en fréquence Exemple: Spectre d’absorption moléculaire Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 6

7 Balayages équivalents Trains d’impulsion Fréquences de répétition : – f rep1, f rep2 (p.e. 100 MHz) Taux de répétition: – t rep2, t rep1 (p.e. 10 ns) Valeurs caractéristiques À titre d’exemple Différence entre les fréquences de répétition Δf = f rep1 -f rep2 10 Hz1kHz Différence entre les taux de répétitionΔt = t rep2 - t rep1 1 fs100 fs Délai incrémental du trajet optique équivalent Δl = vΔt0,3 µm30 µm Plus grand délai accumulé (vide)OPD = vt rep 3 m Vitesse équivalente de balayagev bal = Δl / t rep 30 m/s3 km/s Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 7 t0t0 t1t1 t2t2 t3t3 t4t4 tktk *t k *t 4 *t 3 *t 2 *t 1 *t 0 0Δt0Δt 1Δt1Δt 2Δt2Δt 3Δt3Δt4Δt4ΔtkΔtkΔt t rep 1 t rep 2 t t

8 Avantages techniques Les mesures sont effectuées dans le domaine RF, après hétérodyne entre les signaux des deux peignes ; Une grande sensibilité de la détection ; Un balayage en temps et/ou en fréquence équivalent très rapide ; Un délai de propagation optique équivalent plutôt grand. Aucune pièce mobile requise ; Une grande plage de fréquence optique (ou longueur d’onde) couverte instantanément; Une résolution du contraste de phase très grande. Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 8

9 Domaines d’application Applications (Instrumentation test et mesure) – Spectroscopie par transformation de Fourier rapide – OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) – OCT (Optical Coherence Tomography) – LIDAR (LIght Detection And Ranging) – Analyse des propriétés optiques de composants (OVA) – Analyse de signaux optiques (ONA) Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 9

10 Pour plus d’information Professeur Jérôme Genest poste 8717 Note: Jérôme Genest mène des travaux de recherche en instrumentation optique. Il se spécialise plus particulièrement en spectroscopie par transformation de Fourier, en imagerie hyperspectrale et en interférométrie par peignes de fréquences optiques. Parlons Affaires Photonics North 2014, Montréal, 29 mai 10


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