Laboratoire commun SPIRIT
Nouvelles sources laser dédiées aux technologies quantiques
Les équipes d’Exail et du CIMAP associent leurs expertises industrielle et scientifique pour développer des sources laser à fibre optique destinées aux technologies quantiques. Un partenariat stratégique, soutenu par l’Agence nationale de la recherche, qui vise à développer des systèmes laser innovants entièrement conçus et fabriqués en France pour garantir la souveraineté sur ces technologies de rupture.
Une collaboration scientifique et industrielle ambitieuse
Le développement des technologies quantiques repose sur des composants optiques capables de répondre à des exigences élevées de puissance, de stabilité et de fiabilité. Leur maîtrise représente un enjeu scientifique et industriel majeur pour la conception de nouveaux instruments de mesure. Le projet SPIRIT ambitionne de concevoir des gravimètres quantiques capables de mesurer avec une grande précision les variations du champ gravitationnel.
Cette collaboration entre les équipes du Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique (CIMAP) et d’Exail, entreprise spécialisée dans les technologies de haute précision, porte sur le développement de nouvelles sources laser à fibre optique, notamment à partir de composants réalisés par photo-inscription laser femtoseconde.
Elle vise à concevoir des systèmes compacts, robustes et stables, tout en maîtrisant les différentes étapes de leur fabrication.
Pour Exail, SPIRIT constitue un levier de développement de ses compétences en optique avancée et de ses capacités d’innovation. Pour l’ENSICAEN, le projet valorise l’expertise scientifique et les moyens technologiques du CIMAP au service d’un enjeu industriel stratégique : contribuer à la maîtrise française des briques technologiques nécessaires aux applications quantiques.
Des expertises complémentaires, de la fibre optique au système laser
L’objectif des partenaires est de maîtriser la chaîne de fabrication, depuis la fibre optique jusqu’aux sources laser. Cette approche permet de travailler conjointement sur les performances des composants, leur intégration et les exigences de leur fabrication.
Des sources laser aux exigences élevées
Les capteurs quantiques, notamment les gravimètres, exploitent les propriétés des atomes pour effectuer des mesures de très haute précision. Des systèmes laser sont nécessaires pour refroidir et piéger les atomes, puis contrôler leurs interactions avec la lumière.
Le développement de ces instruments exige des sources laser combinant plusieurs caractéristiques techniques :
Puissance
Développer des sources pouvant atteindre 10 W.
Stabilité spectrale
Limiter les variations de fréquence et viser une très faible largeur spectrale.
Fiabilité
Concevoir des systèmes robustes, adaptés aux contraintes des applications quantiques.
Compacité
Réduire l’encombrement des systèmes laser.
Maîtrise industrielle
Contrôler les étapes clés de fabrication, de la fibre optique aux composants laser.
L’enjeu ne se limite donc pas à obtenir les performances optiques recherchées. Il consiste également à développer des solutions dont la fabrication peut être maîtrisée afin de renforcer les capacités industrielles françaises dans un domaine technologique stratégique.
La photo-inscription femtoseconde : une expertise du CIMAP
Au cœur de SPIRIT, la plateforme de photo-inscription par laser femtoseconde du CIMAP constitue un atout scientifique et technologique majeur. Intégrée à la Plateforme normande pour l’optique (PNPO), elle permet d’inscrire des structures optiques dans des fibres afin d’en contrôler les propriétés. Cette technologie ouvre la voie à la réalisation de composants fibrés avancés, adaptés aux exigences des sources laser destinées aux technologies quantiques.
Les compétences du CIMAP couvrent ainsi plusieurs étapes essentielles : la conception des composants, leur réalisation et leur caractérisation. Associées au savoir-faire industriel d’Exail, elles contribuent à rapprocher les avancées scientifiques des contraintes de fabrication et des besoins de l’industrie.
Des applications à fort potentiel pour les technologies quantiques
En contribuant au développement de sources laser adaptées aux capteurs quantiques, SPIRIT participe à une dynamique d’innovation qui concerne plusieurs domaines scientifiques et industriels.
Explorer les ressources naturelles
Les gravimètres quantiques peuvent mesurer de faibles variations du champ gravitationnel afin de contribuer à la caractérisation des structures géologiques profondes et du sous-sol.
Observer les phénomènes géophysiques
La mesure des variations de gravité peut apporter des informations sur les mouvements de masses, notamment dans le cadre de l’étude de phénomènes volcaniques. Ces instruments constituent une piste de recherche pour améliorer l’observation de ces phénomènes, sans permettre à eux seuls de prédire une éruption.
Contribuer à la recherche fondamentale et spatiale
Les technologies de mesure quantique présentent également un intérêt pour certains programmes scientifiques et spatiaux, notamment ceux qui visent à tester des lois fondamentales de la physique et à étudier les phénomènes gravitationnels.
Ces perspectives illustrent l’intérêt de maîtriser les composants optiques qui conditionnent les performances des instruments quantiques.
Renforcer la souveraineté industrielle française
À l’horizon 2030, le projet vise à fournir des briques technologiques laser « Made in France » pour des applications quantiques. Il s’inscrit dans la continuité du projet SABRE financé par la Régional Normandie et contribue au renforcement des compétences en photonique avancée ainsi qu’aux liens entre recherche académique et industrie
Chiffres clés
Puissance laser visée dans le cadre des développements
Longueur d’onde d’un laser bleu monofréquence développé avec la contribution de composants issus de travaux du CIMAP
Horizon visé pour la fourniture de briques technologiques laser destinées aux applications quantiques
Partenaires scientifiques et industriels
Exail
Entreprise spécialisée dans les technologies de haute précision,
dans le domaine sous-marin notamment
Référent : Thierry Robin, directeur technique Exail
Exail apporte son expertise dans la fabrication de fibres optiques passives et dopées aux terres rares, ainsi que dans les procédés d’inscription laser femtoseconde. Ces compétences industrielles contribuent au développement de sources laser adaptées aux contraintes des applications quantiques.
Découvrir l’entreprise Exail →Centre de recherche sur les Ions, les Matériaux et la Photonique
CIMAP – UMR 6252
ENSICAEN – CEA – CNRS – UNICAEN
Référent scientifique : Mathieu Laroche, enseignant-chercheur ENSICAEN
Le CIMAP mobilise ses compétences en photonique, en optique et en lasers, ainsi que ses équipements pour concevoir et caractériser des composants optiques fibrés. Sa plateforme de photo-inscription par laser femtoseconde permet notamment de réaliser des structures optiques directement dans les fibres.
Découvrir le laboratoire CIMAP →Développer un partenariat de recherche avec l’ENSICAEN
Les laboratoires de l’ENSICAEN associent expertises scientifiques, équipements technologiques et collaborations industrielles pour accompagner le développement de solutions innovantes et répondre à des enjeux industriels stratégiques.