Qu’est-ce que la photonique ? – Contribution polonaise à l’univers de la photonique
La photonique est-elle l’électronique du XXIe siècle ? Est-ce vraiment le cas ? Quelle est la contribution de la Pologne au monde de la photonique ?
La photonique est un domaine scientifique très vaste, qui englobe le développement des techniques d’acquisition et de traitement d’images, la construction d’appareils de mesure utilisant le rayonnement électromagnétique, ainsi que le perfectionnement des méthodes de traitement d’image.
Si le sujet de la photonique vous intéresse – C’est parti !
In this article you will learn:
- What is photonics? Definition and principles of photonics
- Application of photonics
- Polish photonics engineer – huge potential and development prospects for the science of photonics
- Polish contribution to the development of the science of photonics
- What to do after photonics graduation? Who is a photonics engineer?
- The best academic centers in Poland where you can study photonics
- Photonics in Poland – where are we?
- Photonic research in Poland
- Integrated photonic systems – what are they?
- What is optoelectronics and where is it used?
- Progress in optoelectronics
- The best job offers only in optoelectronics
Qu’est-ce que la photonique ? Définition et principes de la photonique
Qu’est-ce que la photonique ? Par définition, il s’agit d’une branche particulière de la physique qui s’intéresse à la lumière et aux ondes lumineuses. C’est une science qui traite de la génération, de la détection et de la manipulation des ondes électromagnétiques dont les longueurs d’onde se situent dans la plage visible à l’œil humain, ainsi qu’au-delà.
La photonique est un domaine scientifique interdisciplinaire qui combine les avancées de l’optique, de l’électronique et de l’informatique. Elle représente en quelque sorte une évolution de l’électronique, utilisant les photons à la place des électrons. Elle traite de tout ce qui est lié aux photons et à la manipulation de la lumière.
Définition de la photonique
La définition de la photonique que l’on peut également citer est la suivante : la photonique est un domaine de la science et de la technologie qui étudie et utilise les ondes lumineuses (photons) pour transmettre et traiter l’information ainsi que pour contrôler divers processus physiques.
La photonique est un champ scientifique interdisciplinaire qui combine des éléments de physique, d’électronique, d’ingénierie, de mathématiques et d’informatique.
La photonique examine divers aspects liés à l’onde lumineuse, tels que ses propriétés, son interaction avec les matériaux, les phénomènes optiques et la manière dont ces phénomènes peuvent être exploités pour créer des technologies avancées.
La photonique possède un immense potentiel pour le développement des technologies modernes et elle est utilisée dans de nombreux domaines de la vie, comme l’industrie, la médecine, les télécommunications et la recherche scientifique.
Principes de la photonique – Dualité onde-corpuscule
Principes de la photonique en quelques mots
La lumière possède une nature duale, également connue sous le nom de dualité onde-corpuscule. Que signifie cela ? La lumière a à la fois la nature d’une onde électromagnétique continue et celle d’une particule (photon).
La nature que prend la lumière dépend du type d’interaction observée. Par exemple, la lumière qui se réfracte à travers une lentille ou qui subit une diffraction au bord d’un trou manifeste une nature ondulatoire.
En revanche, la lumière produite ou absorbée par des dispositifs à semi-conducteurs, comme une diode laser, manifeste la nature corpusculaire de la lumière.
Applications de la photonique
À quoi sert la photonique ? – Le domaine de la photonique
Technologies laser
Fibres optiques et guides d’ondes
Détecteurs optiques, systèmes photovoltaïques, caméras
Ordinateurs quantiques
Optique
Opto-mécanique
- Systèmes d’éclairage
- Microscopie
- Écrans (par ex. : OLED, QLED)
- Sources lumineuses (par ex. : LED)
- Spectroscopie et spectrométrie
Liste des applications de la photonique dans les industries :
Technologies de l’information et télécommunications : le silicium photonique est utilisé non seulement dans les réseaux de télécommunications, mais aussi dans les ordinateurs optiques, les systèmes infrarouges ou caméras, ainsi que dans les circuits photoniques intégrés employés dans les réseaux de télécommunications et les ordinateurs quantiques
Industrie : découpe laser, perçage ou gravure avec une précision et une exactitude bien supérieures
Médecine : diagnostics, thérapies, imagerie des changements se produisant dans le corps humain
Industrie photovoltaïque : cellules solaires plus performantes
Automobile et robotique : puces photoniques pour l’industrie automobile
Agriculture et sylviculture : techniques photoniques utilisées, par exemple, pour observer et reconnaître l’état des plantes et des animaux
Cosmétologie : laser photonique – un dispositif innovant conçu pour renforcer et accélérer les traitements de soins capillaires
La photonique est également utilisée dans l’aviation et la défense, la construction ainsi que l’industrie minière.
Ingénieur polonais en photonique – un potentiel énorme et des perspectives de développement pour la science de la photonique
La photonique devient une technologie clé pour l’acquisition, le traitement et la transmission de l’information. Fait intéressant, ses applications sont aujourd’hui très étendues et elle a la chance de devenir un levier de développement pour de nombreux autres secteurs industriels. C’est un domaine à fort potentiel et porteur de perspectives pour le développement scientifique.
La photonique est déjà utilisée avec succès dans les technologies de l’information et les télécommunications. Dans l’industrie, par exemple, la découpe, le perçage ou la gravure au laser se réalisent avec une précision et une exactitude bien supérieures. En médecine, l’imagerie par résonance magnétique, la tomographie ou d’autres examens permettant un accès moins invasif au corps humain sont le fruit des progrès technologiques rapides. Les outils chirurgicaux modernes, tels que les sondes à fibre optique, représentent une formidable opportunité pour une avancée majeure dans la lutte contre le cancer.
Quoi de plus ? La photonique englobe également la technologie photovoltaïque, c’est-à-dire des cellules solaires plus efficaces qui permettent de réduire la consommation d’énergie. C’est un domaine qui ouvre aussi de grandes opportunités de développement pour d’autres industries telles que : l’aviation, la défense, la robotique, l’automobile, la construction, l’exploitation minière, l’espace ainsi que l’agriculture moderne, la sylviculture et la cosmétologie.
Contribution polonaise au développement de la science de la photonique
La première ligne télécom en fibre optique en Pologne a été construite à Lublin. L’équipe de recherche du Laboratoire de Technologie des Fibres Optiques de l’Université Maria Curie-Skłodowska est considérée comme les créateurs de la photonique en fibre optique polonaise. C’est ici, en 1979, que la première ligne de télécommunications en fibre optique en Pologne a été réalisée.
Le grand succès des scientifiques de Lublin a initié un développement extrêmement rapide de la technologie de la fibre optique dans toute la Pologne. Aujourd’hui, de nombreux instituts de recherche, tant en Pologne qu’à l’étranger, utilisent leur expérience. Plusieurs entreprises dans le domaine de la photonique prospèrent à Lublin. L’une d’elles est SDS Optic. Leurs produits sont des capteurs à fibre optique destinés au diagnostic du cancer du sein.
Les bases de la construction du laser ont été posées par Albert Einstein, qui a formulé la théorie de l’émission stimulée de radiation. Ce phénomène a d’abord été observé dans le domaine des micro-ondes, ce qui a inspiré la construction du laser. L’acronyme LASER vient de l’anglais : Light Amplification through Stimulated Emission of Radiation (Amplification de la lumière par émission stimulée de radiation).
Il est généralement admis que le premier laser a été construit par Theodore Maiman du Hughes Research Laboratory en Californie, et son invention a fonctionné pour la première fois le 16 mai 1960 ; il s’agissait d’un laser construit à partir d’un cristal de rubis.
Le premier laser polonais a été mis en service le 20 août 1963 à l’Université militaire de technologie (WAT), à la Faculté d’électroradiotechnie, au Département des Fondements de la radiotechnologie dirigé par le major Zbigniew Puzewicz, docteur en sciences.
Microfusion laser
Une autre personnalité intéressante à connaître est le général Sylwester Kaliski. Professeur de sciences exactes et commandant-recteur de l’Université militaire de technologie, il a travaillé au milieu du XXe siècle sur le phénomène de la microfusion laser. La technologie de la microfusion est une source très prometteuse d’énergie thermique et électrique propre, bien qu’aujourd’hui il soit plus probable de construire un nouveau type de centrale basée sur la fusion réalisée dans un champ magnétique externe, dans des dispositifs appelés tokamaks.
La méthode Czochralski permet l’extraction de cristaux
Le Polonais qui a probablement eu la plus grande influence sur la photonique dans le monde est le professeur Jan Czochralski. Ce spécialiste des sciences des matériaux et de la chimie, né le 23 octobre 1885 à Kcynia, a développé une méthode de croissance des cristaux. Elle porte encore aujourd’hui couramment son nom.
La méthode Czochralski permet l’extraction (ainsi que l’on appelle le processus de production des cristaux) des cristaux utilisés à la fois en électronique et en photonique. À ce jour, tous les processeurs et milieux actifs, c’est-à-dire les « cœurs », des lasers dits à l’état solide sont produits selon cette méthode.
La photonique polonaise n’est pas seulement une histoire ancienne. Les générations modernes de scientifiques développent des solutions très innovantes dans ce domaine. Il faut savoir, par exemple, que les détecteurs infrarouges produits par l’entreprise polonaise Vigo Photonics sont couramment utilisés dans les missions spatiales de la NASA. Et Ryszard Piramidowicz, docteur ès sciences et professeur à l’Université de Technologie de Varsovie, est une autorité mondiale dans le domaine de la photonique intégrée.
Que faire après un diplôme en photonique ? Qui est un ingénieur en photonique ?
Comme mentionné précédemment, la photonique est la science qui étudie la lumière. Parmi les objectifs que se fixent souvent les spécialistes de ce secteur figure le développement de produits innovants pour la médecine, les télécommunications, les technologies de l’information, la production et la construction.
Les ingénieurs en photonique sont responsables de découvertes scientifiques importantes, allant de la lumière capable de couper le plastique aux lasers ultra-précis utilisés dans les chirurgies délicates de l’œil.
Un ingénieur en photonique est une personne qui crée et améliore des systèmes et des produits utilisant la photonique — lasers, optiques, fibres optiques et systèmes d’imagerie. Il vérifie les performances en testant si le système fonctionne correctement. Il façonne également la technologie moderne en développant des produits expérimentaux qui seront finalement perfectionnés pour un usage quotidien, notamment, par exemple, des cellules solaires ou des solutions pour la fabrication de composants électroniques. Mais ce n’est pas tout ! Les ingénieurs en photonique créent aussi des prototypes afin de déterminer si leurs idées sont plausibles.
- Travaillant dans l’industrie manufacturière, ils conçoivent des méthodes plus simples et plus rapides pour produire des produits ou des systèmes d’évaluation de leur qualité, par exemple des systèmes de vision, souvent en utilisant l’intelligence artificielle. Ils peuvent aussi concevoir des matériaux optiques pour rendre l’usine plus économe en énergie.
- Dans une entreprise produisant de l’électronique, les ingénieurs en photonique déterminent, par exemple, l’efficacité énergétique des téléviseurs ou la qualité des matrices d’émetteurs en testant les cristaux.
- Dans le domaine militaire, les lasers sont utilisés pour la navigation, la fourniture d’informations de portée pour les armes et les cibles de missiles, pour abattre des drones, et pour étudier des substances dangereuses.
- En médecine, les lasers sont employés dans de nombreuses procédures diagnostiques et thérapeutiques, ainsi que pour réaliser des opérations délicates sur l’œil ou d’autres parties du corps. Par exemple, les lasers femtosecondes sont utilisés pour inciser la cornée lors de la chirurgie de la cataracte.
Important ! Une grande partie du temps est consacrée à la recherche de nouvelles solutions dans ce domaine en rapide évolution. Les ingénieurs en photonique doivent se tenir à jour des découvertes et des recherches d’autres ingénieurs, c’est pourquoi ils participent souvent à des conférences avec des spécialistes d’autres secteurs pour partager leurs connaissances et s’informer des changements qui interviennent dans le monde de la photonique.
Deux parcours professionnels s’offrent aux diplômés en photonique. Ils peuvent travailler dans le secteur commercial au sein d’entreprises technologiques, ou poursuivre la voie de la recherche scientifique, aussi bien dans des centres de recherche nationaux qu’étrangers.
Le temps de travail en Pologne correspond à une semaine typique de 40 heures, bien que des heures supplémentaires soient parfois nécessaires pour respecter les délais des projets de recherche. Il arrive également que, dans le cadre de travaux réalisés dans des institutions de recherche utilisant des infrastructures complexes et rares, l’expérience doive être menée dans une fenêtre temporelle limitée. Cela demande engagement et parfois dévouement.
Les déplacements à l’étranger sont aussi souvent indispensables, car le travail est souvent réalisé par des équipes internationales. La langue des ingénieurs en photonique est le plus souvent l’anglais.
La photonique est un domaine typique des technologies dites profondes ou avancées (deep-tech). C’est pourquoi beaucoup d’ingénieurs choisissent de poursuivre leurs études en doctorat (PhD).
Les meilleurs centres universitaires en Pologne où l’on peut étudier la photonique
- Université de Technologie de Varsovie, Faculté de Physique
- Université Militaire de Technologie, Institut d’Optoélectronique
- Université de Technologie de Wrocław, Faculté d’Électronique, de Photonique et de Microsystèmes
- Université Nicolas Copernic à Toruń, Faculté de Physique
- Université Marie Curie-Skłodowska à Lublin — particulièrement dans le domaine des technologies de la fibre optique
Selon le centre universitaire choisi, les cours de photonique sont regroupés en six blocs thématiques : physique, mathématiques et informatique, technique, spécialité principale et autres.
Photonique en Pologne — où en sommes-nous ?
La réalisation de l’objectif, à savoir le développement de la technologie des fibres optiques et de la photonique en Pologne, est devenue la base de la création du Cluster Photonics and Fiber Optic — Centre polonais de la photonique et des fibres optiques, ainsi que de l’acquisition par la Pologne d’un avantage concurrentiel dans le domaine des technologies modernes du futur. Des analyses ont été menées sur les marchés en tenant compte de l’orientation du développement de l’industrie aéronautique, des méthodes modernes de gestion, et de la demande croissante pour les technologies organiques, notamment les fibres optiques.
La demande de logiciels permettant la conception d’éléments, systèmes et dispositifs optiques et optomécaniques est énorme en Pologne. Quoi de plus ? L’intérêt pour ce type de logiciels dans notre région d’Europe connaît une croissance très rapide. Cela se traduit à son tour par un nombre d’ordres en forte augmentation, ce qui indique clairement une demande croissante dans ce domaine.
Selon des études de marché menées indirectement sur la base de l’analyse de rapports et directement lors d’échanges avec des entrepreneurs, ainsi que sur la base d’articles de vulgarisation scientifique et de reportages médiatiques, il apparaît qu’un besoin très important est de fournir des services dans le domaine du transfert de technologie et de la recherche en photonique, des unités de recherche vers l’industrie. Cela inclut également le développement de procédures de recherche, la mise en œuvre de nouvelles solutions ainsi que l’adaptation des recherches appliquées à la demande croissante pour les technologies photoniques.
Chaque année, le nombre d’entreprises dans notre pays qui exploitent le potentiel des technologies dans ce domaine ne cesse d’augmenter. Divers types de dispositifs d’observation, de systèmes de reconnaissance et de ciblage renforcent la position croissante dans l’industrie de la défense. Cependant, l’utilisation des dispositifs optoélectroniques hors du secteur militaire est également en progression. Par exemple, on observe une renaissance des dispositifs optoélectroniques civils dans des appareils tels que les smartphones. De plus, la photonique est de plus en plus utilisée dans les systèmes de communication ainsi que dans les systèmes de fabrication et de traitement des matériaux.
Cependant, malgré de bonnes perspectives de développement, de nombreuses barrières subsistent en Pologne quant à la mise en œuvre de solutions modernes. Il n’existe pas de grandes entreprises polonaises capables de stimuler le développement des technologies modernes dans le pays. On constate également une pénurie d’intégrateurs de systèmes de niveau intermédiaire et de fabricants d’optoélectronique hautement intégrée, par exemple des circuits optoélectroniques intégrés, qui pourraient constituer la base des futurs dispositifs optoélectroniques.
Recherche en photonique en Pologne
Bien que des recherches sur de tels dispositifs soient menées dans le pays, il manque encore des centres scientifiques et industriels capables d’exploiter les résultats de ces recherches ainsi que les productions des fabricants polonais de taille moyenne. Pour répondre à ce besoin, plusieurs initiatives ont été lancées ces dernières années afin de créer de nouveaux centres de recherche et développement axés sur la coopération avec l’industrie. Il s’agit de :
CEZAMAT – Centre des Matériaux Avancés de l’Université de Technologie de Varsovie
CEZAMAT est un centre doté d’une base unique de laboratoires en salle blanche, axés sur le développement de nouveaux matériaux pour la photonique et l’électronique. Il dispose également des installations de bureau nécessaires et d’un excellent support administratif.ENSEMBLE3 – Centre d’Excellence
ENSEMBLE3 est un centre créé à l’initiative conjointe de l’Université de Varsovie et de l’ITME (Institut de Technologie des Matériaux Électroniques). Notre PDG, Krzysztof Jakubczak, a participé à l’élaboration de la stratégie de création de ce centre.CENTERA – Centre de Recherche et Applications en Térahertz
Ce centre se concentre sur les technologies fonctionnant dans la gamme des térahertz.
Les associations soutenant les entrepreneurs et les institutions jouent également un rôle très important dans l’écosystème photonique. Les plus importantes incluent la PPTF – Plateforme Technologique Polonaise de la Photonique et le Laboratoire National de Photonique et Technologies Quantiques (NLPQT).
Systèmes photoniques intégrés – qu’est-ce que c’est ?
Les circuits photoniques intégrés ne sont rien d’autre que l’équivalent direct des circuits intégrés électroniques que nous connaissons depuis de nombreuses années. La différence clé au niveau conceptuel réside dans le fait que, dans l’électronique intégrée, le porteur d’information et d’énergie est un électron. En photonique, c’est un photon – une particule représentant un quantum (portion) d’énergie lumineuse.
Le système optique intégré peut être utilisé dans de nombreuses applications différentes, ce qui augmente sa disponibilité, réduit les coûts et minimise le temps consacré à la recherche et au développement. Avec une même puce, il est possible d’effectuer des opérations mathématiques, d’implémenter des systèmes d’intelligence artificielle et de traitement automatique, des réseaux de capteurs sur puce, des systèmes d’imagerie et de manipuler les états quantiques de la lumière.
Cependant, il convient de noter les différences entre les circuits intégrés électroniques et photoniques :
- Vitesse d’action
Les systèmes photoniques fonctionnent beaucoup plus rapidement, ce qui crée l’espoir d’une puissance de calcul bien plus grande des futurs ordinateurs quantiques. - Économie d’énergie
Les systèmes photoniques ont le potentiel de consommer beaucoup moins d’énergie. - Sécurité
En principe, il est impossible d’« écouter » les systèmes photoniques comme cela se fait couramment dans les systèmes électroniques. Un intrus potentiel est immédiatement détecté. De plus, en cas, par exemple, d’une tentative d’interception d’informations dans un réseau à fibre optique, il est également immédiatement connu où une tentative d’intrusion physique dans le réseau a été effectuée.
La photonique quantique intégrée utilise des technologies et dispositifs classiques intégrés organiques et inorganiques pour des applications quantiques. Cependant, l’intégration au niveau de la puce est cruciale pour augmenter l’échelle et transférer les prototypes de démonstration des laboratoires vers des technologies réelles. Les efforts dans le domaine de la photonique quantique intégrée sont de grande envergure et impliquent le développement de circuits quantiques pouvant être intégrés de manière monolithique, hybride ou hétérogène.
Selon les chercheurs, il est urgent de réaliser d’importants investissements afin de pouvoir former la prochaine génération d’ingénieurs dans ce secteur. La demande croissante de scientifiques et d’ingénieurs possédant des connaissances approfondies, à la fois dans le domaine de la mécanique quantique et des applications technologiques, est manifeste. L’investissement dans l’éducation de la prochaine génération contribuera certainement à repousser les limites de la science et de la technologie.
Qu'est-ce que l'optoélectronique et où est-elle utilisée ?
L’optoélectronique traite de l’ingénierie des systèmes et dispositifs qui émettent, modèlent, transmettent ou détectent la lumière, y compris l’électronique qui fonctionne en synergie. De plus, elle concerne la construction et l’application de toutes sortes de dispositifs et appareils pour l’émission et la détection de la lumière. C’est un domaine technologique qui utilise les propriétés de la lumière pour traiter l’information. Grâce à l’optoélectronique, il est possible d’obtenir, collecter, transmettre, traiter et présenter des informations en utilisant divers éléments tels que les détecteurs photoélectriques, les lasers CD, les ports infrarouges Irda, les affichages LCD ou les écrans plasma. En d’autres termes : l’optoélectronique est une combinaison d’optique et d’électronique.
On peut distinguer plusieurs types d’optoélectronique, tels que :
- optoélectronique à fibre optique,
- optoélectronique d’imagerie,
- optoélectronique photovoltaïque,
- optoélectronique informatique,
- optoélectronique laser.
Elle a de nombreuses applications dans de nombreux domaines tels que la chimie, la physique ou l’électronique. L’optoélectronique est utilisée dans les télécommunications par fibre optique ainsi que dans l’automatisation et la robotique. Grâce à elle, il est possible de créer des réseaux informatiques résistants aux interférences. Elle permet également de stocker des données sur des CD ou DVD. Elle est aussi utilisée avec succès dans le photovoltaïque, qui traite la conversion de la lumière solaire en électricité.
Progrès en optoélectronique
L’optoélectronique est l’un des domaines clés soutenant le développement de l’économie et de la défense polonaises. Elle joue un rôle essentiel dans la fourniture d’éléments importants du système de défense du pays et dans l’équipement de l’armée polonaise. Le leader de l’innovation dans l’industrie optoélectronique polonaise est PCO SA, basée à Varsovie, qui se spécialise depuis plus de 45 ans dans la production de produits appartenant à l’équipement individuel du soldat et aux véhicules de combat utilisant des capteurs optoélectroniques. Le monoculaire à imagerie thermique MT-1, auparavant indisponible, a également été développé chez eux. La combinaison de l’expérience et des compétences des spécialistes a abouti à la création d’un appareil sans précédent non seulement sur le marché polonais, mais aussi sur le marché mondial. Avec le recul de plusieurs années, on constate que les technologies optoélectroniques modernes développées sont des idées innovantes répondant aux attentes des utilisateurs d’équipements et de l’industrie.
Les meilleures offres d’emploi uniquement en optoélectronique
Secteurs où les diplômés en optoélectronique peuvent espérer un emploi :
- Entreprises et unités de recherche réalisant des projets liés à la conception, la construction et l’utilisation d’éléments de dispositifs satellites ou de lasers
- Instituts de recherche et développement
- Universités publiques et privées formant des spécialistes dans le domaine des technologies spatiales et satellitaires
- Institutions du Ministère de la Défense Nationale
- Unités de santé dans le domaine de l’exploitation et de la maintenance des dispositifs médicaux laser
- Entreprises utilisant des moyens de transport techniques avancés
- Entreprises traitant du stockage et de l’élimination des substances dangereuses
- Et unités de défense territoriale dans le domaine du service et de la maintenance des systèmes de sécurité
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