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Zoom sur le projet QoQeliQo

Publié le 30/10/2024

Le projet QoQeliQo, porté par Oxxius, en partenariat avec l’Institut Foton et Silentsys. L’intégration de dispositifs quantiques (horloge, capteurs, calcul) nécessite des lasers visibles de très haute pureté spectrale compacts et à prix compétitifs. Aujourd’hui les solutions de lasers visibles pour le quantique sont couteuses et encombrantes. La solution proposée consiste à affiner par effet Brillouin des lasers visibles utiles pour la manipulation d’atomes d’Yb (556 nm) et de Sr (689 nm).
Ce projet a été labellisé par le pôle de compétitivité Images & Réseaux, dans le cadre de l’AAP I-démo régionalisé 2023.

En quoi consiste le projet ?

Le projet QoQeliQo vise à accompagner le développement industriel des technologies quantiques en proposant une offre de lasers visibles cohérents compacts et à prix compétitifs. La solution proposée consiste à affiner par diffusion Brillouin stimulée (DBS) un laser de pompe accordable en fréquence. Un affinement de la largeur de raie d’au moins un facteur 100 sera démontré. Cette technologie, déjà implémentée avec succès aux longueurs d’onde infrarouge, sera pour la première fois développée à un stade industriel aux longueurs d’onde visibles. Les lasers DBS présentent de nombreux atouts notamment des puissances optiques pouvant atteindre plusieurs watts tout en maintenant une grande cohérence. De plus, cette technologie peut s’appliquer à toutes longueurs d’onde pour peu que l’on dispose d’un laser de pompe monochromatique à la longueur d’onde cible et de composants fibrés performants.

Dans le cadre de ce projet deux produits seront développés. Le premier est un laser Brillouin visible de très haute pureté spectrale (sub-kHz) et agile en fréquence permettant d’adresser des raies spectroscopiques reconnues comme essentielles par les industriels de la filière quantique française. Le deuxième produit est un module d’affinement spectral de lasers visibles pouvant s’appliquer à n’importe quelle technologie laser et de fait s’hybrider avec des lasers haute puissance mais dont les performances spectrales sont insuffisantes. L’objectif est de mettre à disposition de la communauté une brique technologique supplémentaire permettant de combiner haute puissance et largeur de raie étroite. Deux performances nécessaires pour le développement des technologies quantiques à un stade industriel et qui sont difficilement adressables simultanément. Le projet QoQeliQo lèvera sur ce point un verrou technologique crucial pour les futurs développements de la filière.

Quels sont les verrous que vous allez lever pendant le projet ?

Les deux principaux verrous technologiques identifiés sont les suivants :

  • Développer des lasers de pompe combinant compacité, puissance optique (quelques 100 mW) et agilité en fréquence à plusieurs longueurs d’onde du visible
  • Développer des lasers Brillouin à cavité fibré dans le visible avec des performances identiques aux meilleurs résultats démontrés dans l’infrarouge

La levée du premier verrou sera principalement portée par Oxxius. Le deuxième verrou lié au développement des cavités Brillouin sera étudié par l’Institut Foton et Silentsys. Enfin, les phases d’industrialisation et de commercialisation des deux modules seront pilotées par Silentsys.

Quel est le rôle de chaque partenaire ?

Le projet est constitué de trois partenaires :

  • Oxxius (ME 22300 – porteur du projet) : Leaders européens des lasers visibles monofréquences pompés par diode
  • L’Institut Foton (Univ. Rennes, CNRS UMR 6082 22300) : Laboratoire de référence sur l’affinement spectral de sources laser visibles compactes
  • Silentsys (PME 72000) : Expert dans les systèmes optiques et électroniques ultra-bas bruit

Oxxius va développer plusieurs briques technologiques dans ce projet.

  • La première est l’ajout d’une modulation de fréquence rapide aux DPSS (Diode Pumped Solid State Laser / Laser Solide Pompé par Diode) visibles actuels. L’application est presque exclusivement le contrôle des atomes.
  • La deuxième est le fonctionnement monofréquence des lasers Pr:YLF. L’application principale est celle de la spectroscopie Raman.
  • Le troisième est l’augmentation de puissance des DPSS. Elle est utile sur tous les marchés qu’Oxxius adresse actuellement. Mais c’est aussi un point clé pour les applications du calcul quantique car les faisceaux lasers sont parallélisés afin de contrôler un grand nombre d’atomes ou de qbits.
  • Le quatrième est le fonctionnement monofréquence de diodes affinées spectralement par réseau de Bragg fibré (FBG). Le gros marché est le remplacement des lasers à Helium Néon, mais aussi la spectroscopie Raman et évidemment le contrôle d’atomes.

L’institut Foton va développer plusieurs lasers Brillouin pour démontrer la flexibilité du module d’affinement spectral :

  • à différentes longueurs d’onde 460 nm, 532 nm, 556 nm, 640 nm, 689 nm
  • avec différentes technologies de lasers de pompe (DPSS, DPSS doublé en fréquence, diodes laser affinées par réseaux de Bragg, diodes laser en cavité externe)

Les lasers Brillouin seront étudiés sous différentes architectures pour offrir une variété de configuration performances/cout.

SILENTSYS va développer plusieurs briques technologiques lors de ce projet :

  • Un système électronique de contrôle du système complet
  • Un système électronique d’asservissement du laser de pompe
  • Un packaging du système complet répondant aux besoins suivants :
    • Stabilisation très fine du système en température
    • Isolation vibro-acoustique du système
    • Intégrabilité et compatibilité avec les systèmes des clients

Aujourd’hui, où en est le projet ? Quelles sont les prochaines étapes ?

Le projet a officiellement commencé début mars 2024, toutefois l’institut Foton et Silentsys n’ont eu la confirmation de leur financement que depuis le milieu de cet été. En pratique donc, le projet vient de débuter récemment ; la réunion de lancement du projet vient d’ailleurs d’avoir lieu le 10/10/2024.

Oxxius a commencé à développer les premiers lasers de pompe à 532nm et 556nm ; les puissances et le contrôle en fréquence attendus pour le projet ont été démontré en laboratoire. Il faudra poursuivre les tests et commencer l’intégration pour valider les premiers livrables du projet. Plus globalement, la réunion de lancement du projet a permis à l’équipe QoQeliQo de se synchroniser sur les points techniques nécessaires pour la bonne réalisation du projet.

En parallèle des travaux techniques, nous souhaitons inclure les potentiels clients dans la démarche de conception afin de recenser leurs besoins et contraintes, et sommes donc à la recherche d’acteurs du quantique ou de la métrologie temps-fréquence nécessitant des lasers cohérents aux longueurs d’onde visibles (par exemple 460 nm, 532 nm, 556 nm, 640 nm, 689 nm).

Votre projet a été labellisé par Images & Réseaux, quelles sont les valeurs ajoutées d’un Pôle tels que I&R ?

I&R a suivi plusieurs de nos projets ces dernières années (Institut Foton et Oxxius). Je pense notamment aux projets DeepBlue et UV4life.

Sur l’ensemble de ces trois projets (QoQeliQo inclus), I&R nous a aidé dans le montage du projet. Les relectures critiques de documents (word et powerpoint) de la part du pôle a été très utile dans la qualité du montage du projet. Un grand merci à Sarah Guy (UV4life).

I&R nous aide aussi dans le suivi du projet, dans l’ensemble de nos projets. I&R et la technopole Anticipa nous ont guidé pour améliorer le reporting annuel afin de mieux répondre aux attentes des financeurs.