Ecole publique d’ingénieurs
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Habilitation maximale de la CTI
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Institut FOTON - Site INSA Rennes

L’Institut FOTON (Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON - UMR CNRS 6082) mène des activités de recherche couvrant des domaines ciblés de la photonique : la couche physique des télécommunications, des technologies liées aux applications industrielles et de défense (capteurs optiques, lasers, instrumentation pour la photonique) et le photovoltaïque. Cet institut regroupe des équipes et personnels de l’Université de Rennes 1, l’INSA Rennes, et du CNRS, tutelles de l’unité.

Présentation

Institut FOTON : UMR CNRS 6082

La spécificité de l’Institut FOTON est de rassembler autour de programmes communs trois équipes et trois plates-formes couvrant des domaines ciblés de la photonique : la couche physique des télécommunications, des technologies liées aux applications industrielles et de défense (capteurs optiques, lasers, instrumentation pour la photonique) et le photovoltaïque. Cet institut regroupe des équipes et personnels de l’Université de Rennes 1, l’INSA Rennes, et du CNRS, tutelles de l’unité.

Ces équipes de recherches sont :

  • Systèmes Photoniques (sites ENSSAT Lannion, Université Rennes 1 – campus Beaulieu)
  • Optoélectronique Hétéroépitaxie et Matériaux (Site INSA Rennes)
  • Dynamique des lasers, Optique-hyperfréquence, Polarimétrie, terahertz, imagerie (Université Rennes 1 – campus Beaulieu)

L’équipe OHM étudie l’élaboration, les propriétés électro-optiques et électroniques de nouveaux matériaux et composants (principalement à base de semi-conducteurs) pour la photonique et le photovoltaïque. Pour satisfaire cet objectif, elle dispose en un même lieu de moyens techniques qui vont de la croissance de (nano-)structures par épitaxie par jets moléculaires (MBE) à la fabrication de composants en salle blanche en passant par la modélisation, l’étude des propriétés structurales, optiques, électriques, électro-optiques et fonctionnelles. Les activités de l’équipe vont donc de la compréhension du matériau à l’échelle atomique, jusqu’à la réalisation de démonstrateurs lasers ou photovoltaïques. Ces activités correspondent à quatre axes de recherche de l’institut FOTON, une description courte est proposée ci-après :

Thèmes de recherche de la composante FOTON-OHM (Site INSA Rennes)

Composants et fonctionnalités pour les communications optiques


L’équipe travaille en particulier sur le développement de sources laser à base de nanostructures de la filière InP (puits, fils ou boites quantiques), à émission par la tranche (lasers « edge ») ou par la surface (« VCSELs »). L’équipe étudie également l’intégration de composants photoniques actifs et passifs III-V sur silicium, via le GaP, afin d’exploiter en particulier les non-linéarités optiques directement sur substrat de silicium pour les interconnexions optiques ou la génération THz.

Matériaux émergents pour la photonique


L’équipe étudie en amont la possibilité de développer de nouveaux matériaux et nanostructures pour la photonique et le photovoltaïque. Ici, les propriétés structurales, électroniques et optiques de matériaux très divers sont explorées (e.g. Pérovskites hybrides, cristaux liquides pour la photonique, nanostructures carbonées, matériaux 2D ou 3D, avec ou sans confinement quantique). Ces études permettent d’évaluer ces matériaux pour le développement futur de composants photoniques ou photovoltaïques.

Optique hyperfréquence, capteurs optiques et imagerie cohérente


L’équipe développe principalement ici des sources lasers à émission verticale (de type VCSELs ou VECSELs), à base de nanostructures quantiques de la filière InP pour de l’émission laser bi-fréquence, de la conversion opto-hyper, la métrologie ou les capteurs. Des micro-cavités résonantes dans le moyen infra-rouge sont également développées pour la spectroscopie de gaz. Enfin, de manière prospective, l’utilisation du GaP pour la génération THz est étudiée.

Concepts avancés pour le photovoltaïque


L’équipe travaille expérimentalement et théoriquement au développement de nouveaux concepts de cellules photovoltaïques. En particulier, les pérovskites hybrides, matériaux en plein essor pour le photovoltaïque, sont très largement étudiées dans l’équipe. Mais d’autres concepts comme les cellules solaires III-V/Si, ou encore les cellules à porteurs chauds sont également développés expérimentalement et théoriquement.

Partenaires

Innovation et transfert technologique

  • France Telecom R&D : routage tout optique du signal par des diodes à jonction pn, à partir de l’effet Stark dans des puits quantiques ;
  • France Telecom R&D : absorbants saturables ultra-rapides (~20Gb/s) à base de puits quantiques pour la régénération du signal optique ;
  • Alcatel Thales III-V Lab : étude des effets non-linéaires dans les îlots quantiques InAs/InP pour le traitement optique du signal ;
  • Alcatel Thales III-V Lab et France Telecom Orange Labs : lasers à boîtes quantiques pour applications en télécommunication ;
  • EDF R&D : Développement de cellules solaires tandem III-V/ Si.

Réseaux et partenariats

Réseaux

  • participation à 2 réseaux d'excellence européens labellisés : SANDIE  (Self-Assembled semiconductor Nanostructures for new Devices in photonics and Electronics) et ePIXnet (photonic integrated components and circuits) ;
  • participation au pôle de compétitivité "Images et Réseaux" et "Mer Bretagne" ;
  • projet CPER PONANT ;
  • projets nationaux ANR/RNRT ;
  • projets régionaux PRIR/CREATE ;
  • participation aux programmes de thèses avec la Chine (programme CSC) ;
  • participation et organisation de workshops internationaux ;
  • membre de la fédération de recherche CNRS Lab-O-Mat ;
  • membre de la fédération de recherche CNRS FedPV.

Partenaires

    • locaux : ENSSAT, Telecom-Bretagne, IETR, IPR et SCR (Université de Rennes 1) ;
    • nationaux : LPN de Marcoussis, 3-5 Lab Marcoussis, UMR INL de Lyon, CEA-LETI de Grenoble, CHREA de Valbonne, CEMES de Toulouse, LAAS de Toulouse, LPCNO de l’INSA Toulouse, CEA Saclay, IES de Montpellier et IRDEP-EDF R&D de Chatou, IPVF ;
    • internationaux : TU Eidhoven Hollande, DTU Fotonik Danemark, TU Berlin Allemagne, Université de Sheffield UK, Polytecnico Torino Italie, Laboratoires Tyndall Irlande, Université Tohuku de Sendai Japon, RCAST (Japon), Université du Nouveau Mexique USA, Université de Californie Los Angeles USA, Los Alamos National Laboratory, (LANL, Nouveau-Mexique, USA), Université de Groningen (Pays-bas), EPFL, (Suisse), WUT (Pologne), Ioffe Institute (Russie), Université de Nottingham (UK).

    Équipements

    Équipements

    • caractérisations optiques et électriques : luminescence, absorption optique, caractérisations de lasers, propriétés optiques non linéaires par des mesures pompe-sonde, subpicoseconde ;
    • caractérisations structurales : AFM et diffraction de rayons X ;
    • croissance : deux bâtis d’épitaxie (GSMBE, SSMBE) pour les matériaux III-V, un bâti LPCVD pour les matériaux Si et Ge ;
    • salle blanche (140 m2) dédiée à la technologie III-V.

    Ces plateaux techniques sont regroupés au sein de la plateforme NanoRennes (centrale technologique de proximité du réseau C'nano, commune à FOTON et IETR).

    Chiffres

    Production scientifique (2010-2015) 

      • 96 revues internationales avec comités de lecture ;
      • 16 conférences internationales invitées ;
      • 53 conférences internationales avec actes ;
      • 14 contrats en cours ;
      • 21 thèses soutenues ;
      • 3 HDR soutenues.

      Personnels

      • 19 enseignants-chercheurs ;
      • 1 chargé de recherche CNRS ;
      • 10 ingénieurs, techniciens et administratifs ;
      • 11 doctorants.

      Informations

      Directeur de l'Institut FOTON

      Pascal BESNARD

      Directeur de la composante FOTON-Site INSA Rennes

      Charles CORNET

      02 23 23 83 99