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Le Lycée Montaigne, lAquitaine et la mutation historique des technologies optiques Professeur André Ducasse Directeur Général de lInstitut dOptique Directeur.

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1 Le Lycée Montaigne, lAquitaine et la mutation historique des technologies optiques Professeur André Ducasse Directeur Général de lInstitut dOptique Directeur de lÉcole Supérieure dOptique

2 Une mutation technologique en marche La découverte des lasers et la révolution optique Des précurseurs de cette découverte : Charles Fabry, Alfred Kastler et le Lycée Montaigne LUniversité Bordeaux I : un Centre important de développement des lasers et de leurs applications Le programme Laser MégaJoule au CEA/DAM en Aquitaine : une extraordinaire opportunité économique et scientifique pour la RégionLe programme Laser MégaJoule au CEA/DAM en Aquitaine : une extraordinaire opportunité économique et scientifique pour la Région

3 Plan de lexposé Le laser dans lhistoire des technologies optiquesLe laser dans lhistoire des technologies optiques Charles Fabry : un précurseur pour les cavités optiques lasers Alfred Kastler : un précurseur pour les milieux amplificateurs lasers Lexplosion du champ dapplications des technologies lasers Les opportunités pour le développement dun pôle optique fort en AquitaineLes opportunités pour le développement dun pôle optique fort en Aquitaine

4 Loptique, cest la science et lingénierie de lémission, la manipulation, la transmission et la détection de lumière, donc de photons («photonique») émission manipulation transmission détection photon

5 Lévolution des technologies optiques Une utilisation très ancienne de « composants » optiques : les miroirs dArchimède (212 av. J.C.) Le 17ème siècle : un âge dor pour les technologies la découverte des microscopes optiques : Loeuvenbrook ou Zacharias Jansen (1590)la découverte des microscopes optiques : Loeuvenbrook ou Zacharias Jansen (1590) la lunette de Galilée et lobservation des planètes (1609) les débuts de la spectroscopie : la décomposition des couleurs par un prisme : Newton (1666)

6 La spectroscopie et la découverte du monde microscopique : fin 19ème-début 20ème s. –Spectroscopie et structure atomique : Balmer, Rutherford, Bohr –Le développement dinterféromètres performants : Michelson, Fabry Une révolution en optique : la découverte des lasers (1958) : Townes-Schawlow, Basov- Prokhorov Un vecteur essentiel pour le transport de la lumière : les fibres optiques : Kao (1966) Bell LabsUn vecteur essentiel pour le transport de la lumière : les fibres optiques : Kao (1966) Bell Labs

7 Le Laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Les premiers lasers : 1960 Maiman, Javan Linvention en 1958 : Townes-Schawlow, Basov- Prokhorov Les premiers lasers : 1960 Maiman, Javan 1980 : lextension des applications hors laboratoires le développement du transport par fibre optique 1990 : la prise de conscience dun véritable phénomène de société un oscillateur du domaine optique Une rupture technologique majeure pour la Physique

8 Énergie Amplificateur E1E2 > E1 Faisceau de sortie Ensemble de 2 miroirsrésonateur linéaire Laser linéaire Amplificateur + résonateur linéaire

9 Fonctionnement multimode du laser Modes résonnants de la cavité (ou résonateur) Milieu amplificateur Laser

10 Les processus interaction onde-matière E1E1 E2E2 hν Absorption E 2 -E 1 = hν Émission spontanée Émission stimulée (Einstein) photons jumeaux Milieux amplificateurs E1E1 E2E2 N1N1 N2N2 N 2 >N 1 Milieu amplificateur E1E1 E2E2 N1N1 N2N2 N 2

11 Charles Fabry ( ) et les cavités optiques Dautres précurseurs sur ces franges : Herrschel, Airy le passage dinterférences à deux ondes à des interférences multi-ondes Linteraction de Charles Fabry avec Raymond Boulouch au Lycée Montaigne à Bordeaux ( quelques mois en 1892) : les franges fines dun coin dair entre lames réfléchissantes Dautres précurseurs sur ces franges : Herrschel, Airy le passage dinterférences à deux ondes à des interférences multi-ondes Lexploitation par Fabry et linterféromètre Fabry-Perot

12 Charles Fabry premier Directeur Général de lInstitut dOptique ( ) Lénorme champ dapplications de linterféromètre en métrologie, spectroscopie Une extension proposée par Pierre Connes : le Fabry-Perot sphérique Une utilisation non prévue : le stockage dénergie entre les miroirs la cavité optique de laser Charles Fabry premier Directeur Général de lInstitut dOptique ( )

13 Alfred Kastler et le pompage optique Prix Nobel : professeur lycée Mulhouse, Colmar, Montaigne à Bordeaux : assistant de Pierre Daure, Université de Bordeaux préparation de la thèse (polarisation de la lumière de fluorescence..) : Maître de Conférences à Clermont- Ferrand : Professeur Université de Bordeaux

14 Appelé par Georges Bruhat à lEcole Normale Supérieure Création avec Jean Brossel du Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne (actuellement laboratoire Kastler-Brossel) Naissance dune véritable école : interaction onde- atomes Un des élèves : Claude Cohen-Tannoudji, Prix Nobel 1995 La conservation du moment cinétique dans linteraction onde-atomes : les méthodes de double résonance optique-hyperfréquence et de pompage optique

15 Pompage optique et transfert de moment cinétique E1E1 E2E2 -1/2 +1/2 Relaxation Inversion de population dans la structure du niveau 1

16 Les nouvelles technologies de lOptique dans le contexte économique du 21 ème siècle Les besoins dune nouvelle société des Sciences et Techniques de lInformation et de la Communication Les solutions optiques au secours des limitations actuelles –Lexplosion des télécommunications optiques –Le développement dune bio-photonique –Des densités de puissance et dénergie considérables avec les lasers femtosecondes : de nouvelles applications médicales et en mécanique des lasers LOptique : un moyen de motiver nos jeunes générations pour les sciences ?

17 Les enjeux économiques de lOptique Un marché mondial en pleine expansion –Composants électroniques : 130 G$ décroissance de 8% par an –Composants optiques et électro-optiques : 30 G$ croissance de 10% par an Des domaines en pleine ébullition Loi de Moore de lélectronique des années 60 dépassée en télécommunications optiques : –Doublement de capacité nécessaire tous les ans –Des start-up avec des croissances extraordinaires Un verrou prévisible : les moyens humains disponibles –La nécessité de former un beaucoup plus grand nombre dingénieurs et de techniciens en optique

18 Développement de loptique dans le monde Loptique : un secteur économique en pleine expansion

19 Grands domaines dapplication de loptique Disques Internet Imagerie médicale Tests biologiques Guidage Télé- détection Vision industrielle Métrologie Technologies de lInformation & Communication Santé & sciences de la vie Aéronautique spatial & défense Optique pour la production industrielle Usinages laser

20 Exemple 1 : les télécoms optiques... Liaison «multicolore» (information multiplexée en ) débit dinformation par fibre équivalent à + de 50 millions de conversation téléphoniques simultanées soit + de 100 canaux à 10 Gb/s 1 Tb/s sur + de 1000 km

21 Exemple 1 :...les télécoms optiques Composants et fonctions optiques : diodes laser, modulateurs, filtres optiques (mux/demux), routeurs en, fibres, amplificateurs optiques, régénérateurs, détecteurs… De la «puce» optique … au composant industriel fibré

22 LAquitaine et la mutation optique Loptique à lUniversité Bordeaux I Le développement dune optique moléculaire (Auguste Rousset) La création dun pôle laser dans le Centre de Physique Moléculaire Optique et Hertzienne (CPMOH) La création dun CEntre Laser Intense et Applications (CELIA)

23 240 impulsions ns denviron 8 kJ pour exciter une bille de lordre du 1/10 mm contenant D+T La Ligne dIntégration Laser : 1/30 du LMJ, opérationnelle Mise en œuvre complète du LMJ : vers 2010 Objectif : remplacement des essais nucléaires + une piste importante pour les sources dénergie du futur La création en cours dun Institut Laser Plasma national LAquitaine : un pôle optique important Le programme Laser MégaJoule au CESTA/CEA

24 Schéma d une cible dattaque indirecte

25 Loptique : le démarrage d un extraordinaire développement Loptique : une grande ouverture sur les autres disciplines –technologiques –fondamentales Un domaine de choix pour les jeunes entrepreneurs Des débouchés dune grande diversité dans lindustrie et la recherche Conclusion


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