Les lasers femtosecondes révolutionnent actuellement la métrologie en permettant le développement de peignes de fréquences optiques constitués de raies très fines, très stables et couvrant un très large domaine spectral. La méthode des peignes de fréquences femtosecondes est mise en pratique depuis environ six ans. Son importance est telle que les chercheurs à l’origine de ces travaux ont été récompensés du Prix Nobel de Physique 2005. A l’heure actuelle, les peignes de fréquences femtosecondes ne sont exploités qu’en métrologie fondamentale, sur de très faibles portions de leur spectre.

Nos travaux ont pour but le développement d’une nouvelle méthode de détection hyperspectrale fondée sur l’exploitation de deux peignes de fréquences infrarouges sur la globalité de leur plage spectrale. L’un des peignes de fréquences sonde l’échantillon analysé, le second sert de spectromètre. La méthode permettra de mesurer, avec résolutions spectrale et temporelle, l’absorption et la dispersion de l’échantillon analysé, de façon quasi-instantanée et ultrasensible.

L'objet du stage sera de mettre en oeuvre cette approche. Le stagiaire participera au développement d’un instrument mesurant les interférences entre deux peignes de fréquences femtosecondes et sera en particulier impliqué dans la conception et le montage du dispositif optique, ainsi que dans la mise au point d’une chaîne de détection et d’acquisition de signaux optiques modulés dans le domaine des radio-fréquences.

Dans le cadre de ce stage expérimental, le (la) stagiaire pourra ainsi se familiariser avec l’optimisation et l’utilisation d’oscillateurs femtosecondes (à solide et à fibre), la conception d’outils interférométriques et la mise en œuvre de dispositifs optoélectroniques de pointe.

La génération de « supercontinua » spectraux à partir de fibres optiques fortement non-linéaires et de lasers à impulsions énergétiques permet de disposer de sources ultrabrillantes sur une gamme spectrale très large. Ce nouveau type de « laser blanc » a des propriétés inédites puisqu’il associe les qualités des lasers (source ponctuelle, cohérence spatiale, directivité, luminance, densité spectrale de puissance) avec celles de la lumière blanche (étendue spectrale). Ce domaine est donc à l’heure actuelle très étudié pour ses applications prometteuses dans des domaines comme la métrologie, l'ingénierie biomédicale ou encore les télécommunications. En spectroscopie de précision, notre groupe vient de montrer, sur un système test, que de telles sources apportent une amélioration substantielle du rapport signal-sur-bruit.

L’objectif de ce stage sera de développer une source « supercontinuum » infrarouge de haute stabilité dédiée à des expériences de spectroscopie. Elle sera basée sur l’association d’un laser femtoseconde à fibre dopée à l’erbium et d’une fibre non-linéaire (telles que des fibres à cristaux photoniques, ou à zéro de dispersion déplacé). Le laser femtoseconde employé sera un peigne de fréquences femtosecondes. Son spectre, étendu spectralement, est composé de raies très fines, très stables ; c’est l’équivalent de centaines de milliers de lasers monochromatiques émettant en phase. On cherchera en particulier à préserver dans le « supercontinuum » la grande cohérence temporelle de ce peigne de fréquences. L’exploitation du « supercontinuum » pour des expériences de spectroscopie de sensibilité extrême sera engagée.

Dans le cadre de ce stage expérimental, le (la) stagiaire pourra ainsi se familiariser avec l’utilisation et le développement d’instruments de pointe en optique ultrarapide et étudier l’un de leurs domaines d’application en pleine expansion.

Le stage peut se poursuivre par une thèse de doctorat.

La description, en mécanique quantique, de systèmes contenant plusieurs particules indiscernables est basée sur le postulat de symétrisation, qui impose à leur fonction d'onde totale d'être soit symétrique, soit antisymétrique par rapport à toute permutation de particules identiques. Dans le premier cas, les particules obéissent à la statistique de Bose-Einstein, dans le second à celle de Fermi-Dirac. Le théorème spin-statistique, énoncé par Pauli, complète le postulat, en associant au caractère bosonique ou fermionique des particules un spin entier ou demi-entier.

Le postulat de symétrisation et le théorème spin-statistique n’ont jamais été mis en défaut. A ce titre, ils constituent une pierre angulaire de la physique moderne permettant la description de phénomènes aussi fondamentaux que l'extension spatiale des atomes à plusieurs électrons, l'émission stimulée, les condensats de Bose-Einstein…Ceci n'empêche pas les physiciens de chercher, dès 1940, à dépasser le postulat en l'incluant dans une théorie plus générale. Elaborées à partir des années 1990, des théories très convaincantes permettent une faible déviation au postulat de symétrisation tout en respectant les principes de la mécanique quantique non-relativiste.

De nombreux tests expérimentaux sensibles ont été effectués sur des systèmes variés : électrons, photons ou noyaux atomiques dans des molécules. Aucune violation n’a été observée. La majorité de ces expériences portent sur le théorème de spin-statistique: basées sur des systèmes à deux particules identiques, elles testent alors la nature bosonique ou fermionique des particules.

La spectroscopie moléculaire d’absorption ultrasensible est un outil de choix pour la réalisation de ces tests fondamentaux. Le principe d’une telle expérience consiste alors à tenter la détection de transitions bien choisies, interdites par le postulat de symétrisation.

Notre équipe a développé récemment des méthodes de spectroscopie ultrasensible, dont les performances peuvent contribuer à améliorer ces tests fondamentaux. Dans le cadre du stage proposé, le stagiaire participera la réalisation d’un test expérimental sur un système à trois particules identiques, NH₃ et à l’interprétation des résultats.

Nous accueillons tous les ans des stagiaires niveau L3 et M1.
Nous proposons des stages expérimentaux et/ou d'interprétation de résultats sur les thématiques suivantes:
    - développement de sources laser
    - conception d'instruments impliquant principalement optique et/ou électronique
    - spectroscopie expérimentale, application à des molécules d'intérêt astrophysique ou atmosphérique
    - interprétation de spectres moléculaires
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