S’initier aux principes fondamentaux et aux applications des sources lasers, des instruments d’optiques et optoélectroniques associés à la détection de la lumière avec un accent sur les applications.

Principes de base du laser : milieu amplificateur, pompage, cavité, propriété de la lumière laser. Optique : nature et propagation de la lumière, transmission de la lumière, réflexion et réfraction d'ondes planes sphériques. Lentilles minces et épaisses. Interférences, diffraction et polarisation. Mesure de la lumière : photodétecteurs, amplificateurs transimpédances et photomultiplicateurs. Applications des lasers et leur système de contrôle pour l’imagerie et la spectroscopie, la caractérisation non destructive des matériaux, l’échantillonnage électro-optique des ondes de fréquences térahertz et les effets d’optiques non linéaires associés.

Séances de laboratoire portant sur un projet visant la réalisation et la caractérisation d’un système de détection des signaux optiques de faibles intensités.

À travers les applications qui guident le cours et les laboratoires, ce cours a pour objectif d’introduire les systèmes optiques parmi les outils de conceptions de l’ingénieur électrique. À la fin de ce cours, l’étudiant(e) devra être en mesure de :

1. Connaître et identifier les composants optiques et optoélectroniques de systèmes optiques avancés;
2. Comprendre les principes d’émission laser et de la photodétection et appliquer ces notions pour étudier des phénomènes physiques (métrologie, mesure à distance, caractérisation non-destructive);
3. Expliquer le fonctionnement de différents lasers et les principes sous-jacents;
4. Manipuler adéquatement des composants optiques de base et les instruments d’acquisition de données au laboratoire;
5. Analyser les performances d’un système optique et choisir le dispositif de détection approprié pour une application.

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  (4 séances de deux heures, en alternance avec les laboratoires)

Ces séances servent à la résolution des exercices proposés aux étudiant(e)s afin d'approfondir 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  (4 séances de quatre heures, en alternance avec les travaux dirigés)

Les séances de laboratoire sont arrangées autour du projet de la réalisation d’un système optique avancé :

#1 la détection de la lumière par photodiode et amplificateur transimpédance;

#2 Réalisation d’un laser femtoseconde. Incluant : la préparation de laboratoire, l’apprentissage pratique de l’épissure de fibres optique, l’alignement des composants en espace libre de la cavité laser, la validation de la fluorescence, l’émission spontanée et le verrouillage de mode.

À la fin, les étudiants pourront valider les performances de leur dispositif d’émission et de détection.

*Un intervenant (industrie ou chercheur) viendra présenter une technologie optique

Utilisation d'outils d'ingénierie

Programmation Matlab pour les préparations des laboratoires et pour l’analyse des résultats.

Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article

7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Aucune.

1- SALEH, B.E.A., Teich, MC, Fundamentals of Photonics, Wiley-Interscience, 2e édition (2007).

2- E. Hecht, “Optics”, 4th edition (Addison-Wesley, New-York, 2002), 698

3- Siegman, “Lasers”, University science book, 1986

4- Daniel Hennequin, Véronique Zehlné, Didier Dangoisse, « Les lasers : cours et exercices corrigés » 3e Édition, 2013.

5- Photodiode Amplifiers - Op Amp Solutions (Graeme, McGraw Hill 1996)

6- Fundamentals of Photonics Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich Copyright © 1991 John Wiley & Sons, Inc.

Coordonnées de l’enseignant