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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : François Blanchard


PLAN DE COURS

Hiver 2024
SYS861 : Sujets spéciaux I : génie électrique (3 crédits)
Laser et optique appliquée





Préalables
Aucun préalable requis




Descriptif du cours

Sujets d'intérêt majeur dans le domaine du génie électrique et familiarisation avec les derniers développements technologiques dans un ou plusieurs domaines de pointe.

Cours offert à la session d'automne 2023 :

Cours offert à la session d'hiver 2024 :




Objectifs du cours

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. Analyser les performances d’un système optique et choisir le dispositif de détection approprié pour une application.



Stratégies pédagogiques

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 2 heures)

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.

Des informations supplémentaires seront fournies lors de ces sessions de travaux dirigés.

Laboratoire (2 séances de quatre heures)

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 (4 heures);

#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. Deux séances de cours seront utilisées pour continuer ce projet de laboratoire (4 heures de laboratoire + 6 heures de cours).

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




Utilisation d’appareils électroniques

Calculatrice TI




Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mercredi 08:30 - 12:00 Activité de cours
Vendredi 08:30 - 12:30 Travaux pratiques aux 2 semaines
Vendredi 08:30 - 12:30 Laboratoire aux 2 semaines



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 François Blanchard Activité de cours Francois.Blanchard@etsmtl.ca A-2479
01 Gabriel Gandubert Laboratoire aux 2 semaines gabriel.gandubert.1@ens.etsmtl.ca
01 Léo Guiramand Laboratoire aux 2 semaines leo.guiramand.1@ens.etsmtl.ca



Cours

Séances

Contenus traités dans le cours

Heures

1

Introduction

-Historique de l’optique, le génie électrique et l’optique;

-Les systèmes optiques et leurs applications.

3

2

Mesure physique

-Unité de la lumière, spectre;

-Détection de la lumière; (TP #1)

3

3

Propriété de la lumière

- Onde électromagnétique, vitesse et indice de réfraction;

- (Labo #1)

3

4

Le laser

-Types de laser (semi-conducteurs, cristaux, gaz, liquide); (spectre)

-Amplification; (2 et 3 niveaux) (TP #2)

3

5

Le laser

- Cohérence, diffraction et interférence;

- Les composants du laser. (Labo #2)

3

6

-Sécurité laser (formation obligatoire);

-Révision (TP #3)

3

7

Examen de mi session

3

8

Modulation de la lumière

-Polarisation de la lumière et matériaux électro-optiques;

3

9

Systèmes optiques

-Conception d'un laser femtoseconde (TP #4)

3

10

Systèmes optiques

-Conception d’un laser femtoseconde (suite)

3

11

Les sujets des étudiants #1

- Présentations et discussions

3

12

Les sujets des étudiants #2

- Présentations et discussions

3

13

- Optique ultrarapide et révision

3

 

Total

39

 




Laboratoires et travaux pratiques

Laboratoires

1-Conception et analyse d’un préamplificateur à photodiodes (Test de fonctionnalité et SNR);

2-Conception d’un laser femtoseconde (fs) et sa caractérisation.

Date

Description

Heures

 

Conception et caractérisation d’un détecteur optique

-Construire le photodétecteur (sélectionner les pièces);

-Souder les pièces;

-Faire valider sa fonctionnalité;

-Caractériser ses performances.

4

 

Réalisation et caractérisation d’un laser femtoseconde

-Ajuster la longueur de la cavité pour le taux de répétition;

-Faire une épissure pour fermer la cavité;

-Installer les composants pour l’alignement préliminaire;

-Faire l’alignement complet;

-Valider la fluorescence;

-Valider l’émission spontanée;

-Valider le verrouillage de mode;

-Évaluer les performances (bonus).

4

(+2 cours)

Travaux pratiques

Quatre sessions de 2 heures sont prévues (complément d'information et résolution de problèmes liés au matériel vu en classe).

Devoir

Le devoir n° 1 est un travail de recherche sur un sujet de votre choix en rapport avec les systèmes optiques. Le sujet de recherche choisi doit être étayé par au moins une référence scientifique. Un rapport de 12 à 15 pages (y compris les références) est à rendre pour la 11e semaine de cours. Une présentation de 20 minutes en classe #11 ou #12 (évaluée par les pairs).

Utilisation d'outils d'ingénierie

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




Évaluation

Activité

%

Date de remise

Examen intra

25

le 21 février 2024

Examen final

20

 

Laboratoire

30

 

Quiz sécurité

5

6e semaine

Devoir #1 - rapport

10

11e semaine

Devoir #1 - présentation

10

11e ou 12e semaine




Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1 21 février 2024



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
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.



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivant la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur de département. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note (0).



Infractions de nature académique
À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page "Citer, pas plagier !" (https://www.etsmtl.ca/Etudes/citer-pas-plagier). Les clauses du règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS (« Règlement ») s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique) pour identifier les actes qui constituent des infractions de nature académique au sens du Règlement ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.

Systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG)
L’utilisation des systèmes d’intelligence artificielle générative (SIAG) dans les activités d’évaluation constitue une infraction de nature académique au sens du Règlement sur les infractions de nature académique, sauf si elle est explicitement autorisée par l’enseignant(e) du cours.



Documentation obligatoire

Aucune.




Ouvrages de références

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.




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

Francois.Blanchard@etsmtl.ca 




Autres informations

Coordonnées :

François Blanchard

Activité de cours

Francois.blanchard@etsmtl.ca

A-2479

Gabriel Gandubert

Travaux de laboratoire

gabriel.gandubert.1@ens.etsmtl.ca

 

Léo Guiramand

Travaux pratiques

leo.guiramand.1@ens.etsmtl.ca