Source paramétrique agile en longueur d'onde pour la détection de gaz en couplage actif/passif

par Guillaume Walter

Projet de thèse en Lasers, molécules, rayonnement atmosphérique

Sous la direction de Cyril Drag et de Antoine Godard.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Ondes et Matière , en partenariat avec ONERA - Département de Mesures Physiques (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2016 .


  • Résumé

    La détection rapide d'espèces chimiques en phase gazeuse est actuellement un enjeu de premier ordre dans les domaines de la défense, de la sécurité civile et de l'environnement. Une méthode prometteuse pour réaliser ce type de détection, appelée couplage actif/passif, est d'éclairer la scène à analyser avec une source laser à une longueur d'onde absorbée par le gaz et de réaliser l'observation avec une caméra infrarouge sensible au rayonnement laser. En présence de l'espèce recherchée, un panache absorbant est alors observable, ce qui permet de détecter le gaz. Afin de réaliser ce type de détection, l'Onera a développé en collaboration avec le laboratoire Aimé-Cotton plusieurs concepts de sources laser rapidement accordables, appelées oscillateurs paramétriques optiques (OPO), qui sont basées sur le processus d'optique non linéaire d'interaction paramétrique permettant de convertir le rayonnement émis par un laser en un rayonnement largement accordable dans des régions du spectre électromagnétique où il n'existe pas de laser. Le point commun des différentes architectures proposées est d'utiliser un milieu non linéaire basé sur le quasi-accord de phase apériodique afin d'obtenir une bande spectrale de gain suffisamment large pour pouvoir couvrir plusieurs raies d'absorption des gaz. En partant de résultats prometteurs obtenus dans une précédente thèse terminé en septembre 2016, l'objectif de la présente thèse est, dans un premier temps, de poursuivre ces développements afin d'en exploiter tout le potentiel. Ensuite, l'objectif sera de démontrer la détection de gaz au moyen d'un instrument à couplage actif/passif réalisé en collaboration avec une autre équipe de l'Onera spécialiste en instrumentation passive infrarouge. Lors de cette première année de thèse, une collaboration avec le laboratoire HOPElab, de la National Tsing Hua University de Hsinchu à Taïwan, m'a amener à partir six mois dans ce laboratoire étranger afin de travailler sur la création d'un réseau de Bragg dans un cristal de Niobate de Lithium, ce qui aurait permis d'obtenir une génération paramétrique à une longueur d'onde ne dépendant plus de la température. Le projet qui aurait permis la miniaturisation d'OPO, n'a pu être finalisé à temps par un manque de puissance optique pour réaliser le réseau, toutefois la collaboration continu entre nos deux laboratoire pour finaliser ce projet.

  • Titre traduit

    Tunable parametric sources for gas detection with an active/passive coupling


  • Résumé

    Fast detection of chemical species in gas phase is a first order issue in the fields of defense, civil security and environment. A promising method to realize this kind of detection; call active/passive coupling; is to illuminate a target with coherent source at a wavelength absorb by the gas and to observe this target with an infrared camera sensitive to the radiation of the optical source. In the presence of the wanted chemical species, an absorbing panache is observable. To realize this kind of detection, ONERA have developed with the Aimé-Cotton laboratory several light sources concept with a fast tuning, call Optical Parametric Oscillators (OPO), which are based on an non linear optical process of parametrical interactions, allowing the conversion of a pump laser in widely tunable sources in ranges of the electromagnetic spectrum where no conventional laser can emit. All this different sources share the same non-linear crystal based on an aperiodical quasi-phase matching to provide a broad parametric gain spectrum large enough to cover several gas absorption lines . Based on the great results obtain by a previous PhD student, the goal of the current PhD is in a first time to continue the developments of our optical source to obtain the best of it. Then, the goal will be to demonstrate a gas detection method by the means of an active/passive coupling, with the help of another unit of ONERA, specialize in the infrared passive instrumentation. In the first year of this PhD, a collaboration with the HOPE labatory ( High energy OPtics and Electronics) from the National Tsing Hua University, bring me to spend six months in Hsinchu in Taiwan. The goal there was to create a Bragg grating in Lithium Niobate, which allow a parametric generation independant of temperature. This projet was not finalise in time because of a lack of optical power to install such a grating.