SMART LASERS", Développement de sources laser intégrant un fonctionnement optimisé via un processus d'apprentissage

par Jérémie Girardot

Projet de thèse en Physique

Sous la direction de Philippe Grelu et de Edouard Hertz.

Thèses en préparation à Bourgogne Franche-Comté , dans le cadre de École doctorale Carnot-Pasteur , en partenariat avec Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Ce sujet pluridisciplinaire a pour objet de contrôler et optimiser la dynamique des impulsions ultra-courtes générées dans les lasers à fibre au moyen d'algorithmes génétiques. L'objectif général consiste à développer des systèmes optoélectroniques de plus en plus autonomes, adaptables et versatiles, ou « smart systems ». Les lasers à fibres optiques à impulsions courtes constituent une technologie en plein essor, avec des applications remarquées dans des domaines tels que le traitement des matériaux, la médecine, les télécommunications et la spectroscopie. Ils constituent également un banc d'essai polyvalent pour la recherche fondamentale, car on peut étudier un large éventail de dynamiques ultrarapides originales au sein de configurations laser relativement simples, depuis la formation de molécules de solitons optiques jusqu'à celle d'ondes scélérates optiques. Comme la génération d'impulsions ultracourtes par des lasers à fibres implique en général l'ajustement de plusieurs paramètres (puissance de pompage, composantes de polarisation, etc.), la recherche et l'optimisation d'un régime impulsionnel spécifique nécessitent habituellement une longue procédure de réglage manuel. Nous avons récemment généralisé le contrôle actif de la dynamique impulsionnelle, par la mise en œuvre d'un algorithme génétique dans la boucle de rétroaction du laser. Le procédé permet une recherche automatique de régimes impulsionnels remplissant des objectifs d'optimisation spécifiques, résumés par une « fonction de mérite », en actionnant simultanément plusieurs degrés de liberté de la cavité. Ce nouveau paradigme de contrôle du laser au moyen d'une stratégie d'apprentissage machine perfectionnée suscite un vif intérêt au niveau international. Cependant, le processus d'optimisation testé, basé sur le contrôle de la polarisation intracavité, est actuellement très long, en raison notamment de l'emploi de composants thermo-optiques dont le temps de réponse est de l'ordre de la seconde. Avec le partenaire industriel iXBlue, nous souhaitons tester l'emploi de modulateurs de polarisation électro-optique, considérablement plus rapides, afin de faire passer le temps d'optimisation actuellement de l'ordre de l'heure, à quelques minutes. Afin de rendre le système plus versatile, à la manière d'un générateur de fonctions optiques, nous prévoyons également d'étendre notre méthode au contrôle d'un nombre significativement plus grand de degrés de liberté. Ces degrés de liberté supplémentaires peuvent être obtenus, par exemple, en insérant un modulateur optique jouant cette fois sur les composantes spectrales composant le spectre de l'impulsion optique. Le doctorant participera à un projet largement pluridisciplinaire en équipe, impliquant le développement du système expérimental, la caractérisation dynamique en optique ultrarapide, l'interfaçage optique-informatique, et le développement d'algorithmes génétiques associé au design de fonctions de mérite adaptées. Il étudiera également les aspects de valorisation du projet, en interaction avec iXBlue.

  • Titre traduit

    "SMART laser", Development of laser sources integrating an optimized functioning via a process of learning


  • Résumé

    This multidisciplinary subject has for object to control and optimize the dynamics of Ultra-short impulses generated in lasers with fiber by means of genetic algorithms. The general objective consists in developing systems more and more autonomous, adaptable and fickle optoélectroniques, or " smart systems ". Lasers with optical fibers with short impulses constitute a technology rapidly expanding, with applications noticed in domains such as processing) of materials, the medicine, the telecommunications and the spectroscopy. They also constitute a multi-purpose bench test for the basic research, because we can study a wide range of original ultrafast dynamics within configurations laser relatively simple, since the formation of molecules of solitons optics until that of the waves optical villains. As the generation of ultrashort impulses by lasers with fibers involves generally the adjustment of several parameters (power of pumping, components of polarization, etc.), the research and the optimization of a specific impulsive regime usually require a long procedure of manual regulation. We recently generalized the active control of the impulsive dynamics, by the implementation of a genetic algorithm in the loop of feedback of the laser. The process allows an automatic research for impulsive regimes reaching specific objectives of optimization, summarized by a " function of merit ", by activating simultaneously several degrees of freedom of the cavity. This new paradigm of control of the laser by means of a strategy of learning sophisticated machine arouses a deep interest at the international level. However, the process of optimization tested, based on the control of the intracavity polarization, is at present very long, notably because of the use of thermo-optical components the time of answer of which is of the order of second. With the industrial partner iXBlue, we wish to test the use of modulators of electro-optical polarization, considerably faster, to make spend the time of optimization at present of the order of the hour, in a few minutes. To return the more fickle system, in the style of a generator of optical functions, we also plan to spread our method to the control of a number significantly bigger of degrees of freedom. These additional degrees of freedom can be obtained, for instance, by inserting an optical modulator playing this time on the spectral components composing the spectrum of the optical pulse. The PhD student will participate in a widely multidisciplinary project in team, involving the development of the experimental system, the dynamical characterization in ultrafast optics, the optical-IT interfacing, and the development of genetic algorithms associated with the design of adapted functions of merit.