La photonique

Comprendre et inventer

Thématiques

La photonique est omniprésente dans plusieurs secteurs des technologies de pointe, aussi bien en milieu industriel, qu'en milieux hospitalier, universitaire et paragouvernemental. Les applications de la photonique vont des composants à commutation tout optique pour les télécommunications jusqu'à la photothérapie du cancer utilisée en milieu clinique. La recherche dans ce domaine à l'Université de Sherbrooke s'inscrit dans quatre grandes thématiques : 

  • Biophotonique: imagerie optique et photothérapie;
  • Dispositifs opto-électroniques et circuits photoniques intégrés;
  • Fabrication assistée par laser de matériaux et dispositifs de pointe;
  • Caractérisations optiques de matériaux et dispositifs de pointe.

Recherche multidépartementale

Plusieurs chercheurs des départements de chimie, de physique, de génie électrique et génie informatique ainsi que du département de médecine nucléaire et radiobiologie sont actifs dans ces domaines de recherche. Ces activités sont supportées par divers centres et équipes de recherche dont le regroupement québécois sur les matériaux de pointe (RQMP), le centre de recherche en nanofabrication et nanocaractérisation (CRN2) de l'Université de Sherbrooke et le laboratoire de biophotonique et d'optoélectronique en génie.

Spécificité du département

Au département de physique, il est possible à travers nos collaborations avec les chercheurs de ces divers départements, d'offrir aux étudiants qui le désirent des projets de recherche dans l'une des thématiques citées plus haut. On y retrouve trois laboratoires de photonique, soit le laboratoire de spectroscopie femtoseconde, le laboratoire de spectroscopies Raman et infrarouge, ainsi que le laboratoire de caractérisation des matériaux et dispositifs quantiques. Les équipements de ces laboratoires comprennent plusieurs types de sources laser, divers spectromètres et détecteurs (couvrant la gamme de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain), de nombreux cryostats (basses températures jusqu'à 300mK), des bobines supraconductrices (avec champ magnétique jusqu'à 16 Tesla), ainsi que divers montages optiques pour la réalisation d'expériences originales sur des matériaux et dispositifs quantiques.

Champs de recherche en physique

La recherche effectuée au département de physique en photonique vise à comprendre et inventer notamment sur les sujets suivants :

  • processus d'interaction électron-électron et électron-phonon à l'origine des phénomènes ultrarapides observables à l'échelle femtoseconde dans des matériaux quantiques (nanostructures semiconductrices, par exemple). Ce sont souvent ces processus qui limitent le rendement en haute fréquence des dispositifs micro et opto électroniques de pointe. La compréhension fine de ces phénomènes peut mener au développement de dispositifs ultrarapides novateurs;
  • techniques originales de fabrication de matériaux à forte non-linéarité optique en utilisant l'alignement de molécules (un polymère cristal liquide, par exemple) en champ laser. Ces techniques pourraient permettre de fabriquer des composants photoniques complexes tels des mémoires optiques et des commutateurs ultrarapides.
  • mécanismes d'interaction tant magnétiques qu'électriques à l'origine des transitions de phase supraconductrices (antiferromagnétisme - électrons) et de la magnétorésistance colossale (ferromagnétisme – électrons). La compréhension de ces mécanismes peut avoir un impact sur le développement de nouvelles classes de matériaux et dispositifs à base de supraconducteurs (supra à haute température critique, mémoires magnétiques et composants passifs hyperfréquences).
  • physique des cristaux optiques d'intérêt pour le développement de nouvelles sources laser miniaturisées, à base d'éléments de terres rares;
  • propriétés optiques de structures à boîtes quantiques et développement de procédés de fabrication novateurs pour le contrôle de ces propriétés (telles la croissance épitaxiale sur substrat nanostructuré, l'interdiffusion locale de puits quantiques, ainsi que la fabrication assistée par laser). Les applications de ces études vont du développement de matrices de photodétecteurs pour l'infrarouge moyen jusqu'à la détection de biomolécules spécifiques.
  • physique des dispositifs opto-électroniques d'intérêt pour l'imagerie et la spectroscopie terahertz. Ces dispositifs pourront être intégrés à des montages optiques innovateurs pour des applications dans les domaine du biomédical (détection de biomolécules, de tumeurs de la peau) et de la physique de la matière condensée (dispositifs passifs et actifs hyperfréquences, dynamique des excitations élémentaires dans des matériaux quantiques).