Équipe

Équipe de recherche




Denis Brousseau PhD, professionnel de recherche


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3145
Téléphone: 418-656-2131 poste 404646
denis.brousseau@copl.ulaval.ca
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Expertise: Design optique, métrologie, instrumentation astronomique, optique adaptative

Denis Brousseau a obtenu son doctorat en physique à l'Université Laval en 2008, sous la direction du professeur Ermanno F. Borra. Après son doctorat, il s'est joint à la Chaire de recherche industrielle du CRSNG en conception optique à l'Université Laval en tant que professionnel de recherche sous la direction du professeur Simon Thibault, titulaire de la chaire. Il effectue des travaux de conception optique à caractère scientifique ou industriel et participe aux activités de recherche de la chaire. En instrumentation astronomique, il a participé à la conception, l'assemblage et la réalisation des tests des composantes optiques de SITELLE et de SPIRou, deux instruments du télescope Canada-France-Hawaii. Il a développé un banc de simulation optique pour NIRISS (JWST) et a participé à la conception optique de PESTO (OMM). Il travaille actuellement sur NIRPS (Near Infra-Red Planet Searcher), un spectromètre infrarouge destiné au télescope de 3,6 m de l'ESO au Chili et sur GIRMOS (Gemini Infrared Multi-Object Spectrograph), un spectrographe infrarouge multi-objets our l'Observatoire Gemini.





Anne-Sophie Poulin-Girard PhD, professionnelle de recherche


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3145
Téléphone: 418-656-2131 poste 404646
anne-sophie.poulin-girard@copl.ulaval.ca
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Expertise: Ingéniérie optique, instrumentation, vision numérique, test optique, métrologie

Anne-Sophie Poulin-Girard a obtenu un doctorat en physique de l'Université Laval en 2016, sous la direction des professeurs Simon Thibault et Denis Laurendeau. Son sujet de thèse se situait entre la conception optique et la vision numérique, plus particulièrement pour l'utilisation de caméras panoramiques dans la reconstruction 3D d'objets d'intérêt. Après son doctorat, elle s'est jointe à la Chaire d'excellence en recherche du Canada sur la neurophotonique à titre de coordonatrice scientifique. Elle a rejoint l'équipe du Prof. Simon Thibault en 2017 en tant que professionnelle de recherche. Elle s'occupe entres autres de la coordination scientifique et technique de la Chaire industrielle du CRSNG en conception optique. Elle participe à divers projet de développement technologique en collaboration avec l'industrie, et au projet d'instrumentation astronomique NIRPS, pour la détection d'exoplanètes. Grande passionnée d'éducation, elle a été chargée de cours de 2011 à 2015 et a instigué plusieurs programmes et ressources éducatives comme FEMTO, le portail web canadien pour l'Année internationale de la lumière 2015 et les Jeux Photoniques. Très impliquée dans sa communautée, elle a présidé présentement le SPIE Education committee, a accueilli en 2019 la conférence internationale SPIE/OSA/IEEE/ICO Education and Training in Optics and Photonics et co-préside depuis 2020 la conférence Optics Education and Outreach à SPIE O+P.





Hugues Auger, technicien expert


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 00302C
Téléphone: 418-656-2131 poste 402508
hugues.auger@copl.ulaval.ca

Expertise: Fabrication, test et assemblage optique, couches minces, microfabrication, caractérisation optique

Hugues Auger a complété un diplôme d'étude collégiales en technologie physique au Cégep de La Pocatière en 1988. Il se joint par la suite à l'INO à titre de technologue. Il participe alors à toutes les étapes de la fabrication des produits, de la planification à l'inspection finale. Il forme le personnel en place et est responsable d'un parc d'équipement. Il se familiarise avec une variété d'équipements spécialisés et différents appareils de mesure. En 2009, il rejoint la Chaire industrielle du CRSNG en conception optique à l'Université Laval. Son expertise poussée en optique diffractive, lithographie, microgravure, microfabrication et caractérisation est mise à profit dans ses nouvelles fonctions. Il est également le technologue responsable du laboratoire d'assemblage et de caractérisation optique, ainsi que du laboratoire de fabrication de composantes optiques.





Rafael Guillermo Gonzalez-Acuña, Stagiaire postdoctoral


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, office 3149
Telephone: 418-656-2131
rafael-guillermo.gonzalez-acuna.1@ulaval.ca
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Expertise: Optique géométrique, stigmatisme en optique, théorie du chemin optique

Rafael G. Gonzalez-Acuña est titulaire d’un baccalauréat en physique, d’un baccalauréat en mathématiques et d’une maîtrise en opto-mécatronique. Il a obtenu son doctorat à Tecnológico de Monterrey (Mexique). Au cours de sa thèse de doctorat, il a travaillé sur l'équation générale des lentilles stigmatiques et a étudié ses propriétés. Il est actuellement l'auteur d'un total de 19 articles de revue en tant qu'auteur premier et correspondant, ce qui lui a permis de recevoir deux distinctions de sélection de l'Éditeur. Il a obtenu 17 prix et bourses, dont la 2019 Optical Design and Engineering Scholarship (SPIE), le prix scientifique Romulo Garza 2019 pour la meilleure recherche de troisième cycle à Tecnológico de Monterrey et une invitation à la 70e réunion des lauréats du prix Nobel de Lindau. Il est co-auteur du livre Analytical lens design and Stigmatic optics (Institute of Physics Publishing Ltd). Il a également rejoint plusieurs institutions pour des stages de recherche, dont l'Institut für Technische Optik (Allemagne), Yachaytech (Équateur) et l'Université de technologie d'Auckland (Nouvelle-Zélande).





Yasmine Alikacem, étudiante à la maîtrise


Université Laval, Pavillon Alexandre-Vachon, bureau 2064
Téléphone: 418-656-2131 poste 406274
yasmine.alikacem.1@ulaval.ca

Design, implémentation calibration et validation expérimentale d'un détecteur miniature pour la mesure de la concentration de nutriments dans la glace


En Arctique, une abondance de lumière et de nutriments est nécessaire pour permettre la prolifération des algues de glace. En raison des changements climatiques, l’épaisseur de la glace de mer réduit continuellement, ce qui engendre une prolifération précoce de ces dernières. Cependant, une prolifération précoce des algues de glace n’implique pas nécessairement une augmentation de la production primaire annuelle nette en Arctique. En effet, il a été démontré que l’équilibre complexe entre les nutriments, en particulier les nitrates dans l’océan Arctique, et la disponibilité de la lumière régit la production primaire annuelle nette. La quantité d’éléments nutritifs disponibles dépend du flux de nutriments allant de l’océan à la glace de mer et du transport dans celle-ci. Les deux processus sont difficiles à quantifier car ils se déroulent à des échelles spatiales et temporelles réduites. Les méthodes traditionnelles d’échantillonnage ne permettent guère de saisir de telles variations. Dans un contexte où les paysages et la biologie arctiques changent rapidement, il est particulièrement important de mieux comprendre comment le flux de nutriments est influencé par l’océan et la glace de mer.

Par conséquent, ce projet de recherche vise à développer un capteur optique pour mesurer la concentration de nitrates dans la glace de mer de manière in situ et à petite échelle. Ce capteur sera intégré à une plateforme endoscopique, soit une sonde non destructive et multimodale qui permettra de caractériser le transfert radiatif et les systèmes biophysiques de la glace de mer.





Guillaume Allain, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
guillaume.allain.1@ulaval.ca

Développement de systèmes optiques d’inspirations biologiques


Le biomimétisme est une philosophie de design qui oriente le développement de nouvelles technologies en s’inspirant des solutions qui sont développées naturellement par le vivant. Beaucoup des problèmes rencontrés en ingénierie sont similaire à ceux qu’il est possible de rencontrer dans la nature. Les solutions qui sont trouvées par l’évolution par la sélection naturelle sont souvent unique et s’éloignent de celles qui sont déjà répandue en ingénierie.

Dans le domaine de l’optique, il devient naturel de s’inspirer des différentes façon dont le monde du vivant s’est adapté pour utiliser la lumière qui l’entoure. Les yeux sont un exemple d’adaptation spécifique des espèces animales à leur façon d’interagir avec l’environnement. Le projet de recherche s’intéressera donc à ces solutions en appliquant celles-ci à des systèmes optiques pour la vision numérique. Plus particulièrement, nous nous concentrerons sur les problèmes en vision active, qui utilise les mouvements du système optique afin d’obtenir plus d’information sur la scène à analyser.





Caleb Bayard, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2177
Téléphone: 418-656-2131 poste 416566
caleb.bayard.1@ulaval.ca

Caractérisation de systèmes découpeur d’image à surface libre pour l’instrument GIRMOS


GIRMOS (Gemini Infrared Multi-Object Spectrograph) est un spectrographe infrarouge multi-objets destiné aux télescopes jumeaux de 8,1 m de l’Observatoire Gemini. Le design optique de son module spectrographe est basé sur le concept de système découpeur d’image. Les systèmes découpeurs d’image sont habituellement composés de trois sous-ensembles distincts soit : de miroirs découpeurs, de miroirs (ou lentilles) pupille et miroirs (ou lentilles) fente. Leur fonction est de décomposer l’image du plan focal du télescope en bandes, puis d’aligner chacune de ces bandes bout à bout à l’entrée du spectrographe; tout en conservant l’image de la pupille du télescope.

Le système découpeur d’image étant un élément essentiel du bon fonctionnement du module spectrographe de GIRMOS, il est nécessaire que celui-ci réponde aux critères et exigences établis. Ce projet de recherche consiste donc à caractériser des systèmes découpeurs d’image à surface libre par la réalisation d’une série de tests. Le projet se divise en trois principales étapes. La première étape est de définir l’ensemble des éléments à caractériser et la méthodologie à employer. La seconde étape vise la mise en œuvre des tests en passant par la conception et le développement de banc de tests. La dernière étape est d’évaluer les performances et l’impact des systèmes découpeurs d’image sur le module spectrographe de GIRMOS.





Simon-Gabriel Beauvais, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
simon-gabriel.beauvais.1@ulaval.ca

Intelligence artificielle et optique adaptative prédictive


L’optique adaptative rend possible la correction des aberrations atmosphériques sur les images prises à partir de télescopes terrestres. Depuis son instauration, cette technique permit de faire de grandes avancés scientifiques, autant dans la recherche sur les exoplanètes que sur les planètes de notre système solaire. Par contre, opérer un télescope avec un système d’optique adaptative capable de corriger ses images en temps réel reste demandant non seulement en matériel, mais aussi en temps de calcul. Avec les développements récents en intelligence artificielle et en apprentissage machine, l’opportunité de diminuer le temps de calcul ainsi qu’améliorer la qualité des images qui en ressortent permettrait de rendre plus abordable et portable ce système dans les observatoires.

Ce projet consiste dans le développement d’un réseau de neurones capable de gérer un miroir déformable et d’orchestrer la correction des aberrations sur les images, ainsi que de prédire la correction nécessaire pour les images futures. Le tout sera accompli à partir d’images tirées d’un simulateur d’observations, d’un banc d’optique pouvant reproduire les aberrations atmosphériques, et des observations du télescope HiCIBaS, permettant de surcroît de résoudre les problèmes d’application des réseaux de neurones lors de contextes réalistes.





Gabriel Boivin, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
gabriel.boivin.3@ulaval.ca

Caractérisation d’un réseau de diffraction avec angle de blaze utilisé en spectroscopie infrarouge


Les réseaux de diffraction sont un élément optique permettant une différentiation en angle en fonction de la longueur d’ondes des rayons venant frapper le réseau. Cet effet de séparation des longueurs d’ondes est essentiel pour la spectroscopie, en particulier en astronomie. Comme le réseau de diffraction est central à la conception des instruments de spectroscopique astronomique, il faut s’assurer qu’il répondra aux besoins et exigences des concepteurs. Malheureusement, l’évaluation des performances et la caractérisation des réseaux se révèlent être des tâches ardues. Il n’existe pas présentement de technique commune et chaque fabricant a sa propre façon de faire.

Le but de mon projet de maîtrise est donc de développer et de mettre en place un banc de test qui permettrait de mesurer les performances et de caractériser les réseaux de diffraction. Ce banc de test permettra donc de comparer les performances de différents réseaux pour faciliter le choix du meilleur composant pour un instrument astronomique.





Jeck Borne, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2177
Téléphone: 418-656-2131 poste 416566
jeck.borne.1@ulaval.ca

Modélisation des propriétés optiques d’une métasurface dans un contexte de design optique


Pour un système optique classique, il est possible de contrôler le front d’onde en accumulant judicieusement le déphasage dû à la propagation dans chacunes de composantes réfractives et diffractives. Dernièrement, un nouvel engouement est porté aux métasurfaces parce qu’elles permettent un contrôle de la phase, de l'amplitude et de la polarisation sur une distance de quelques microns en exploitant les propriétés aux frontières des petites structures formant celle-ci par exemple. Leur utilisation reste marginale en raison de la difficulté de modéliser les propriétés optiques attendues de ces surfaces. De longues simulations numériques sont nécessaires même pour un cas simple: un réseau de nanofins. Dans le contexte du design optique, cette situation est problématique puisqu’elle limite grandement la capacité du designeur à déterminer une combinaison optimale de composantes optiques pour une application donnée.

Ce projet vise donc à proposer un modèle analytique ou semi-analytique permettant de décrire l’effet d’une métasurface simple sur un front d’onde incident donné. Les propriétés optiques observées seront reliées à un traitement des aberrations traditionnel pour que ce type de surface devienne intéressante du point de vue d’un designeur optique. Le traitement des autres types de métasurfaces passera par une généralisation du formalisme présenté. Enfin, les propriétés uniques de ces surfaces optiques pourront être appliquées pour de nouvelles applications.





Julie Buquet, étudiante au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
julie.buquet.1@ulaval.ca

Étude de l’influence de la distorsion non linéaire d’image grands angle sur les réseaux de neurones convolutifs pour l’estimation de profondeur


Les images grand angle se caractérisent par un champ de vue imagé supérieur à 100° et sont obtenues avec des systèmes optiques à très courte focale. Ce large champ de vue les rende très intéressantes pour les applications de vision par ordinateur. Les méthodes d’apprentissage profond en particulier les réseaux de neurones convolutifs ont cependant besoin de données de référence pour superviser leur entraînement. Ces données se composent d’images et d’annotations telles que les objets présents sur l’image, une carte de profondeur etc … Ces annotations sont souvent difficiles à collecter et les datasets disponibles sont majoritairement composés d’images perspective, plus courantes, ce qui rend l’ utilisation des réseaux entraînés sur les images grand angle impossible.En effet ces dernières présentent une distorsion très importante donnant lieu à une baisse de performance conséquente lorsque utilisées sur ces réseaux. Pour pallier cela, les images grand angle sont généralement corrigées avant d’être utilisées sur les réseaux, tâche coûteuse en temps et donnant lieu à une diminution du champ de vue.

La démocratisation des systèmes d’imagerie grand angle donne accès à de plus en plus de données ce qui rend possible leur utilisation lors de l’entraînement de réseau de neurones. Le but de ce projet de recherche est d’étudier l’influence de la distorsion sur ces réseaux de neurones en prenant l’estimation de profondeur comme cas d’étude. Plus précisément, nous cherchons à savoir si nous pouvons nous affranchir du processus de correction des images grand angle afin de conserver toute l’information disponible en entraînant directement des réseaux sur ces images. Pour nos images grand angle, nous avons utilisé des lentilles panomorphes développées par l’entreprise Immervision qui présentent une distorsion non-linéaire. Elles utilisent le principe de distorsion contrôlée afin d’obtenir une résolution augmentée dans certaines zones de l’image. Le second but de cette étude est d’étudier l’influence de ces propriétés sur les performances des réseaux afin de déterminer si nous pouvons obtenir une amélioration de l’estimation de la profondeur dans ces regions d’intérêt.





Alexandre Cléroux Cuillerier, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique
Téléphone: 418-656-2131
alexandre.cleroux-cuillerier.1@ulaval.ca

Intégration des métasurfaces en conception optique


Une compréhension intuitive des propriétés intrinsèques des matériaux traditionnels a permis le développement d’une multitude d'instruments optiques limités par les lois classiques de l’optique. L’arrivée au début du millénaire des métamatériaux et de leurs homologues bidimensionnels, les métasurfaces, propose une approche novatrice à la manipulation des ondes électromagnétiques en utilisant des propriétés exotiques qu’on ne retrouve pas chez les matériaux ordinaires.

Bien que cette technologie promette de s'affranchir des limitations de l'optique classique, l'intégration de métasurfaces à des systèmes optiques déjà existants demeure une avenue peu explorée. Mon projet vise à explorer, par une approche expérimentale, la conception de métasurfaces optimisées dans un contexte d'intégration à des systèmes optiques complexes. Une intégration efficace des métasurfaces à des systèmes optiques existants offre un grand nombre d’applications technologiques, scientifiques et médicales. Par exemple, cette intégration permettrait, entre autres, d’atteindre des performances supérieures en imagerie à l'aide de métalentilles limitant grandement les aberrations. De plus, la réduction de systèmes complexes à quelques composantes à base de métasurfaces a énormément de potentiel en industrie pour le développement de technologies prometteuses.





Tristan Chabot, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2177
Téléphone: 418-656-2131 poste 416566
tristan.chabot.1@ulaval.ca

Conception de systèmes découpeurs d’images appliqués à la spectroscopie


Les télescopes modernes permettent d’imager de plus en plus d’objets célestes simultanément, à l’intérieur de champs de vue toujours plus élargis, affichant de grandes résolutions angulaires. Cependant, les spectrographes utilisés avec ces appareils ont une résolution limitée par la largeur de leur fente d’entrée, ainsi que la taille du faisceau incident. Pour pallier ce problème, on peut réduire la largeur de la fente en subdivisant l’image au plan focal du télescope, ou bien subdiviser l’image de la pupille d’entrée du télescope afin de réduire le rayon effectif du faisceau. Ces opérations sont rendues possibles par l’utilisation en amont de systèmes découpeurs d’images (image slicers) et de systèmes découpeurs de pupilles (pupil slicers), respectivement. De tels montages optiques sont traditionnellement composés d’un enchevêtrement de miroirs, placés stratégiquement de façon à décomposer les plans voulus en une série de minces bandes alignées.

Ce projet de maîtrise s’inscrit dans le cadre du développement d’un nouveau spectrographe infrarouge pour l’Observatoire Gemini-Sud, dénommé Gemini Infrared Multi-Object Spectrograph (GIRMOS). L’objectif du spectrographe consiste en l’obtention d’images infrarouges du ciel, et ce pour de hautes résolutions angulaires et une grande sensibilité. Mon rôle dans ce projet consiste donc en la conception d’un découpeur d’images pour ce spectrographe, qui devra diviser le plan image initial en trente sous-images organisées en une même ligne. Le montage optique ainsi obtenu devra opérer tout aussi bien dans chacune des bandes J, H et K du spectre infrarouge. Mon projet comprend aussi la conception d’un découpeur de pupille qui sera utilisé au sein du spectrographe dénommé VROOMM, qui sera installé à l’Observatoire du Mont-Mégantic, et qui divisera la pupille d’une fibre optique en deux segments superposés. Ce spectrographe sera utilisé dans le spectre du visible. Finalement, ce projet inclut la fabrication par tournage diamant et le contrôle de qualité de miroirs composant le Macro-Slicer de l’instrument MIRADAS, en partenariat avec une équipe de l’Université de Floride.





Geoffroi Côté, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
geoffroi.cote.1@ulaval.ca

Assister la conception optique grâce à l’intelligence artificielle


Les systèmes optiques tendent à impliquer un grand nombre de variables qui doivent être optimisées pour répondre aux restrictions propres à un problème donné. L’élaboration d’un design optique est habituellement un processus d’essais et erreurs où le concepteur optique choisit d’abord une forme initiale pour son design, puis utilise un logiciel de conception assistée par ordinateur afin d’optimiser localement le design, autrement dit, trouver une forme de design similaire mais de meilleure performance. Certaines techniques d’optimisation globale permettent d’explorer plus vastement l’espace des solutions, mais elles sont ultimement limitées en performance puisqu’elles ne se spécialisent pas au domaine de la conception optique, c'est-à-dire qu'elles n'exploitent pas les tendances qui permettent d'obtenir un bon design contrairement à un concepteur optique expérimenté.

La prémisse sur laquelle repose le projet est qu’on peut s’inspirer du succès récent dans le domaine de l’intelligence artificielle, plus spécifiquement par rapport à l’apprentissage automatique, et adapter les méthodes pour assister la conception optique. Par exemple, une approche explorée dans ce projet est d’entrainer de façon non supervisée un réseau de neurones profond à produire des systèmes optiques qui ont été optimisés par rapport aux spécifications du système optique, celles-ci données en entrée au réseau de neurones.
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Jason Guénette, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2177
Téléphone: 418-656-2131 poste 416566
jason.guenette.1@ulaval.ca

Conception d’un senseur de front d’onde modal avec des cristaux photoniques ou des nanostructures


Dans le cadre mon projet, nous cherchons à développons un nouveau senseur de front d'onde modal basé sur les cristaux photoniques et les métasurfaces. Des structures de cristaux photonique ont été utilisée avec succès pour moduler de la phase afin de transformer un faisceau gaussien en faisceau Laguerre-Gauss ou en un autre mode de faisceau. Lorsque la lumière traverse de petite structure elle se comporte différemment et cela peut être utilisé pour optimiser un senseur de front d'onde modal. Une optimisation des cristaux photoniques devrait nous permettre de trouver de l’informations sur le front d'onde dans le plan de Fourier. Avoir un senseur de front d'onde modal peut être avantageux par rapport à un senseur de front d'onde zonal tel que le Shack-Hartmann car la reconstruction du front d'onde est beaucoup plus rapide si nous obtenons directement les modes (les polynômes de Zernike). Il existe déjà des senseurs de front d'onde modaux, généralement produits par holographie. Nous avons espoir d’avoir un système plus simple à utiliser et moins limité en fréquence que les senseurs de front d'onde holographique tout en gardant la rapidité caractéristique des senseurs de front d’onde modal.





Farbod Jahandar, étudiant au doctorat


Université de Montréal, Pavillon Roger-Gaudry, B-406-1 (accès via B-416)
Téléphone: 514-343-6111
farbod@astro.umontreal.ca

VROOMM: Conception d’un spectrographe optique à haute-résolution pour l’Observatoire du Mont-Mégantic


Le projet consiste à concevoir un spectrographe optique haute-résolution pour la détection d’exoplanètes (VROOMM). Cet instrument devra mesurer, avec une précision élevée, la vitesse radiale d’étoiles brillantes proches de l’hémisphère Nord suspectées d’être l’hôte d’une ou plusieurs exoplanètes. Le design de l’instrument sera inspiré partiellement par HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) et sa version proche infrarouge NIRPS. Le projet consiste à effectuer le design de l’instrument, sa conception et son intégration, ainsi que des tests et mesures prévus à l’Observatoire du Mont-Mégantic à l’automne 2019.





Jean-Philippe Langelier, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2173
Téléphone: 418-656-2131
jean-philippe.langelier.1@ulaval.ca

Système autonome de mesure des propriétés de la neige dans le nord canadien utilisant la polarisation de la lumière


Les méthodes actuelles pour la caractérisation de la neige sont lentes et peu efficaces. De plus, elles ne permettent pas de mesurer les propriétés de la neige tout au long de l’année. L’intention de ce projet de maitrise est de développer un appareil utilisant la polarisation de la lumière pour pouvoir répondre à ces inconvénients. Les propriétés optiques de la neige sont la densité, le paramètre d’amplification de l’absorption, la fonction de phase des grains et la surface spécifique. Plusieurs études démontrent qu’il est possible de déterminer ces propriétés en regardant le transfert radiatif de la neige. Dans le cadre du projet, la principale propriété étudiée sera la surface spécifique. La méthode de la caractérisation de cette dernière reste à déterminer puisque le projet est encore en phase exploratoire, mais l’approche est simple. Suite au passage de la lumière dans la neige, une analyse en polarisation sera faite qui permettra de déterminer une ou plusieurs propriétés de la neige. Cet appareil sera conçu en collaboration avec Félix-Lévesque Desrosiers et sera constitué d’une diode laser, de polariseurs et de photodétecteurs.





Raphaël Larouche, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon Alexandre-Vachon, bureau 2064
Téléphone: 418-656-2131 poste 406274
raphael.larouche.1@ulaval.ca

Design, implémentation calibration et validation expérimentale d'un détecteur miniature pour la mesure de la distribution de la radiance dans la glace


Ce projet de recherche vise la conception d’un instrument optique miniaturisé pour mesurer les distributions angulaires de radiance dans la glace de mer. En Arctique, la glace de mer s’amincit et son étendue décroît rapidement, ce qui a des conséquences sur le climat et les processus biologiques.

La radiance est une quantité radiométrique fondamentale liée, par l’équation de transfert radiatif, aux propriétés optiques inhérentes. Ces dernières dépendent seulement des propriétés physiques du milieu. Quelques chercheurs ont mesuré des distributions angulaires de radiance dans la glace de mer, mais leurs résultats étaient limités par des instruments volumineux perturbant le milieu, créant de l’ombrage et limités en résolution angulaire et verticale. Faute de mesures, les influences des propriétés physiques sur la propagation du rayonnement solaire dans la glace de mer sont peu comprises. De meilleurs liens structuro-optiques permettraient de mieux comprendre les bilans de masse/d’énergie de la banquise et la production primaire des algues sous celle-ci dans le contexte des changements climatiques.

Pour ce faire, l’approche consiste à intégrer des lentilles fish-eyes miniatures à l’instrument. Ce type de lentille permet de collecter la radiance dans toutes les directions simultanément. Pour observer différentes signatures spectrales du milieu, un système de filtration optique devra être intégré. La première phase du projet vise à établir les spécifications et le design. Ensuite, l’assemblage d’un prototype, sa caractérisation ainsi que sa calibration en radiance et en angle seront faits. Enfin, son déploiement sur le terrain permettra la prise de mesures préliminaires et la validation son fonctionnement.







Jean-Philippe Leclerc, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique
Téléphone: 418-656-2131
jean-philippe.leclerc.2@ulaval.ca

Caractérisation en temps réel des particules de sucre dans un écoulement de chocolat


L'industrie du chocolat est de plus en plus compétitive. Les acteurs industriels de ce domaine se doivent de fabriquer un produit de très grande qualité au plus faible coût possible. Les consommateurs s'attendent à un produit d'une grande finesse et d'une onctuosité comparable au chocolat considéré très haut de gamme il y a seulement quelques années. Pour ce faire, les fabricants doivent avoir en leur possession les outils pour mesurer et contrôler avec une grande précision leur procédé. L'une des caractéristiques principales du chocolat est la taille des particules de sucre : plus les particules de sucre sont petites, plus le chocolat sera fin et onctueux. Par contre, la production de chocolat fin est coûteuse en temps et en matière première. Le but de ce projet est de développer une méthode de mesure capable, sans calibration, de caractériser la taille des particules de sucre pendant la production afin de pouvoir la corriger en temps réel. Le concept développé est plus rapide, plus fiable et plus facile en mettre en place que les appareils actuellement disponibles sur le marché. Une fois intégré dans un raffineur à 5 rouleaux, il permet de contrôler à 3 microns près la taille des particules de sucre. L'utilisation de cette méthode permet de réduire le temps machine et homme, de limiter l'utilisation de coûteux ingrédients et d'assurer un chocolat d'une grande qualité jour après jour.





Félix Lévesque-Desrosiers, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2173
Téléphone: 418-656-2131
felix.levesque-desrosiers.1@ulaval.ca

Vers l’automatisation de la mesure des propriétés de la neige


Les méthodes utilisées pour mesurer les propriétés de la neige sont actuellement lentes et demandent plusieurs manipulations ce qui ne permet pas de mesurer ces propriétés tout au long de l’année. Mon projet de maîtrise porte sur le développement d’un appareil mesurant automatiquement les propriétés optiques de la neige. Comme la neige est composée de glace et d’air, deux matériaux transparents, il est possible d’utiliser des méthodes optiques pour la caractériser. Les propriétés optiques de la neige sont la densité et la teneur en impuretés de celle-ci ainsi que la surface spécifique, le paramètre d’amplification de l’absorption et la fonction de phase des grains qui la compose. Toutes ces propriétés influencent le parcours des photons dans le milieu hautement diffusant qu’est la neige. Cet appareil sera constitué d’une diode laser modulée en intensité et de photodétecteurs. L’objectif est donc d’observer le transfert radiatif dans la neige afin d’en faire l’inversion pour retrouver les propriétés de la neige. Les études précédentes sur l’albédo et la transmittance de la neige démontrent qu’il est impossible d’isoler toutes les propriétés de la neige en utilisant uniquement ses deux propriétés optiques apparentes de la couverture de neige. Il est ainsi nécessaire de développer une autre méthode de mesure permettant de retrouver ces propriétés optiques de la neige. La principale innovation de ce projet est l’ajout d’une dimension temporelle qui permet d’obtenir davantage d’informations permettant de faire l’inversion sur les propriétés de la neige. Puisque la lumière voyage plus lentement dans la glace que dans l’air, il est attendu que la réponse temporelle du milieu varie avec les différentes propriétés optiques de la neige. Le projet est actuellement en phase exploratoire. Afin d’avoir le contrôle sur les propriétés optiques de la neige, des grains de forme variés sont importés dans un logiciel de tracé de rayons qui permet de simuler le parcours de la lumière dans n’importe quel milieu et qui permet, par son réalisme de retrouver le temps de propagation d’un rayon contrairement aux modèles de transferts radiatifs habituellement utilisés. À l’aide de nombreuses simulations pour différents paramètres, il sera possible de construire une base de données de temps de parcours et il suffira ensuite d’interpoler les résultats obtenus sur le terrain avec les données simulées.





Simon Munger, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3180
Téléphone: 418-656-2131 poste 404998
simon.munger.1@ulaval.ca

Nanoscopie sub-cellulaire réalisable par absorption de rayonnement X attoseconde cohérent focalisé


Mon projet consiste à l’élaboration d’un système de focalisation de rayonnement laser dans la plage rayon-X et ultraviolet. Ces longueurs d’ondes ont été choisies parce qu’elles ne sont pas absorbées par l’eau, mais principalement par les atomes composant les molécules organiques comme par exemple le carbone, l’azote et l’oxygène. Le système est conçu avec l’aide du logiciel de conception optique Zemax afin de simuler le mieux possible les configurations envisagées pour le microscope. L’implantation dans la chambre sous vide est une étape importante du projet, car l’espace est restreint et les possibilités de faire déplacer et ajuster des miroirs est difficile. Si le projet se déroule comme prévu, il serait théoriquement possible de voir des processus biologiques et organiques à des échelles attosecondes et à des résolutions meilleures que la microscopie conventionnelle optique.



Charles Pichette, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 3134
Téléphone: 418-656-2131 poste 404584
charles.pichette.2@ulaval.ca

Tomographie diffractive basée sur l'holographie à base d'impulsions lasers ultrabrèves


Une bonne compréhension de l'écosystème nordique passe par une meilleure connaissance des micro-organismes endémiques de cette région. Ces organismes, dont les protistes, les procaryotes et les virus sont les plus abondants, jouent un rôle important dans le cycle des nutriments et de l'énergie de cet écosystème. Pour étudier ces micro-organismes, il est primordial de développer de nouvelles techniques d'imagerie optique capable d'investiguer leur structure et leur dynamique. Toutefois, ces organismes ont des structures dont la taille est de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, ce qui rend la plupart des techniques d'imagerie inadéquates pour les investiguer, puisqu'elles sont restreintes par la limite de diffraction (>200nm). Le présent projet propose donc de développer une nouvelle technique de nanoscopie pour étudier la structure et la dynamique de micro-organismes provenant d'écosystèmes du Nord. Cette technique sera basée sur l'utilisation d'impulsions lasers ultrabrèves avec un contenu spectral élargi pour mesurer la forme et la taille de ces micro-organismes en 3D avec une résolution nanométrique. Ces impulsions seront utilisées dans le contexte de la tomographie diffractive où il est possible d'obtenir la distribution en 3D de l'indice de réfraction d'un objet nanoscopique. Ceci permettra de combiner les principes de l’holographie et de la tomographie hyperspectrale pour améliorer les techniques actuelles.





Mireille Quémener, étudiante à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2177
Téléphone: 418-656-2131 poste 416566
mireille.quemener.1@ulaval.ca

Conception, fabrication et caractérisation d'un GRIN-Axicon pour une application en microscopie multi-photonique


Les avancées technologiques concernant la microscopie ont permis la création d’une grande variété de systèmes optiques dédiés à l’investigation du comportement dynamique des cellules in vivo. En neuroscience, le défi réside dans l’observation des interactions entre des neurones marqués d’un fluorophore qui sont situées à différentes profondeurs dans le tissu. Afin d’y arriver, il est nécessaire de balayer l’échantillon sur plusieurs plans transverses pour couvrir entièrement son volume. Puisque cette procédure diminue la résolution temporelle, il a été proposé d’utiliser un axicon pour augmenter la profondeur de champ du microscope et minimiser le nombre de balayages à effectuer. Cependant, l’axicon est difficile à fabriquer et possède généralement des défauts sur la pointe du cône, dégradant ainsi la qualité de la composante.

En vue de remplacer l’axicon par un autre composant optique dont la fabrication n’entraîne pas de défauts, il a été envisagé d’utiliser une lentille à gradient d’indice (GRIN-Axicon). Des simulations ont montré que le GRIN-Axicon couplé à une lentille a le potentiel de produire un faisceau de bonne qualité. Toutefois, les tests expérimentaux ont été très brefs et il est nécessaire d’investiguer davantage le comportement ce composant en laboratoire. L’objectif du projet de maîtrise est donc de concevoir et fabriquer et caractériser un GRIN-Axicon pour une application en microscopie multi-photonique.





Sédick Rabia, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique
Téléphone: 418-656-2131
sedick.rabia.1@ulaval.ca

Titre à venir


Description à venir.





Maxime Royer, étudiant au doctorat


Université Laval, Pavillon Alexandre Vachon
Téléphone: 418-656-2131
maxime.royer.2@ulaval.ca

Analyse thermodynamique de régions HII à l’aide de code Monte-Carlo et de l’instrument SITELLE


Les raies d’émission provenant des régions HII sont de très bon indicatif dans la détermination d’abondance chimique dans les galaxies afin de comprendre leur évolution. Ces régions de gaz ionisés par de jeunes étoiles chaudes permettent aussi l’identification processus physique telle que les chocs et la photo-ionisation dans le milieu interstellaire. Par contre, il y a de très grandes incertitudes associées à la détermination des abondances chimiques due à notre compréhension incomplète de ces régions ionisées. Ces régions sont fortement complexes et avec les interactions que le gaz subit avec son environnement crée une cinématique complexe. La turbulence devient donc un acteur important. De plus selon la méthode de calcul pour déterminer ces abondances, les résultats ne sont pas équivalents. Ce problème est vieux de plus de 70 ans et se nomme le problème de divergence d’abondance. Plusieurs raisons et hypothèses sont amenées afin d’expliquer ces résultats : fluctuations de température, inhomogénéités chimiques ou encore de densité. Aussi, la majorité des observations présentes dans la littérature proviennent de spectroscopie classique qui pourrait faire partie du problème dû à l’unidimensionnalité de la méthode d’observation.

Ce projet vise donc de faire l’analyse thermodynamique de régions HII à l’aide de cartes bidimensionnelles diagnostiques de paramètres physiques telles que la densité et température électronique à petite échelle afin de quantifier les potentielles fluctuations de ces paramètres. Des analyses Monte-Carlo seront implémentées pour obtenir une précision sur ces caractéristiques physiques des nébuleuses. Le tout sera possible à l’aide des grandes résolutions spectrales et spatiales de l’instrument SITELLE (Spectromètre Imageur à Transformée de Fourier pour l’Étude en Long et en Large des raies d’Émission) installé au TCFH afin d’obtenir ces cartes.





Maxime Vernier, étudiant à la maîtrise


Université Laval, Pavillon d'optique-photonique, bureau 2182
Téléphone: 418-656-2131 poste 407314
maxime.vernier.1@ulaval.ca

Simulation de détection de débris spatiaux sur Matlab

Le projet de recherche consiste en l’étude de la détection de débris spatiaux. Ce projet est une collaboration entre l’Université Laval et ABB. La première étape est de coder une simulation sur Matlab de la situation. Le but étant de savoir s’il est possible de détecter des débris spatiaux de petites tailles (<10cm) en utilisant une caméra embarquée sur un satellite. On prendra comme modèle de débris une bille où la réflexion spéculaire et diffuse sont prises en compte dans le calcul de la magnitude. L’angle de phase entre le Soleil, le débris et le satellite est un paramètre important de la magnitude apparente du débris, de même que la taille du débris ou encore sa distance avec le satellite. Les vitesses du satellite et du débris sont aussi prises en compte pour déterminer la longueur du trait que fait le débris sur le capteur de la caméra. Les différents fonds de ciel et autres bruits sont aussi intégrés à la simulation. On peut ainsi obtenir la photo que prendrai notre camera du débris. Une étude de la répartition des débris en orbite est à envisager. De même qu’une étude de la re-détection serait un point intéressant et permettrait de répondre de façon plus complète à la problématique.