Biophotonique

La thématique de recherche Smart Nonlinear Photonics est dédiée à l’étude et au contrôle des dynamiques non linéaires en optique guidée, avec pour ambition de concevoir des sources photoniques intelligentes pour des applications avancées.

Nous explorons des phénomènes complexes liés à la propagation non linéaire d’impulsions ultra-courtes (fs-ps) dans une grande variété de systèmes fibrés et intégrés. Nos travaux se concentrent sur les mécanismes d’élargissement spectral (supercontinuum, peignes de fréquences optiques) et sur les phénomènes physiques associés : émergence et collisions de solitons, instabilité de modulation, dynamiques de bruit, interactions intermodales, piégeage optique, etc.

À l’intersection de l’optique non linéaire, de la photonique ultrarapide et de l’intelligence artificielle, notre approche s’appuie sur des plateformes expérimentales de pointe et sur de solides collaborations internationales, dans une démarche résolument pluridisciplinaire.

Nous concevons et mettons en œuvre des méthodes avancées de contrôle optique hybride, alliant ingénierie spectro-temporelle, multiplexage spatial, dispositifs photoniques sur puce et mise en forme spectrale dans le domaine de Fourier.

Nous développons également des techniques de mesure innovantes, capables de capturer la structure multidimensionnelle fine des signaux optiques ultrarapides et à large bande spectrale : mesures spectro-temporelles (FROG, X-FROG asynchrone) et transformée de Fourier dispersive (DFT) pour l’analyse en temps réel de signaux incohérents.

Enfin, nous intégrons des approches d’optimisation et d’apprentissage automatique — réseaux de neurones, algorithmes évolutionnaires et bio-inspirés — pour modéliser, ajuster et piloter ces dynamiques complexes.

Au-delà des avancées fondamentales, nos recherches débouchent sur des applications transverses, explorées au sein du groupe ou à travers des collaborations, notamment en imagerie multiphotonique, métrologie de précision et optique quantique.

Plus d’infos : https://www.smartphotonics.net

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[1] L. Sader, Y. Boussafa, V.T. Hoang, R. Haldar, M. Kues, B. Wetzel “Modulation instability control via evolutionarily optimized optical seeding,” Nanophotonics, In Press (2025)
[2] L. Di Lauro, S. Sciara, B. Fischer, J. Dong, I. Alamgir, B. Wetzel, G. Genty, M. Nichols, A. Eshaghi, D.J. Moss, R. Morandotti “Optimization methods for integrated and programmable photonics in next-generation classical and quantum smart communication and signal processing,” Advances in Optics and Photonics, In Press (2025)
[3] L. Sader, S. Bose, A. Khodadad Kashi, Y. Boussafa, R. Dauliat, P. Roy, M. Fabert, A. Tonello, V. Couderc, M. Kues, B. Wetzel, “Single-photon level dispersive Fourier-transform: Ultra-sensitive characterization of noise-driven nonlinear dynamics,” ACS Photonics, Vol. 10, Issue 11, pp. 3915 (2023)
[4] S. Sciara, H. Yu, M. Chemnitz, N. Montaut, B. Crockett, B. Fischer, R. Helsten, B. Wetzel, T. A. Goebel, R. Kramer, B. Little, S. Chu, S. Nolte, Z. Wang, J. Azana, W. Munro, D. Moss, R. Morandotti “Quantum key distribution implemented with d-level time-bin entangled photons” Nature Communications, Vol. 16, pp. 171 (2025)
[5] B. Wetzel, M. Kues, P. Roztocki, C. Reimer, P.L. Godin, M. Rowley, B.E. Little, S.T. Chu, E.A. Viktorov, D.J. Moss, A. Pasquazi, M. Peccianti, R. Morandotti, “Customizing supercontinuum generation via on-chip adaptive temporal pulse-splitting,” Nature Communications, Vol. 9, pp. 4884 (2018).

Programmes de recherche

• 2025-2029 : ANR (Agence Nationale de la Recherche) – Projet PRC 2024
  “Versatile Integrated optical Supercontinuum sources through nOnlinear PulsE Compression” – Projet VISOPEC (ANR-24-CE24-5082)
  > C2N (Coord : E. Cassan), PhLAM (A. Mussot), XLIM (B. Wetzel)
• 2021-2026 : European Research Council (ERC) – Starting Grant (ERC-StG-2020)
  “Smart phoTonic souRces harnEssing Advanced Multidimensional Light optimization towards machIne-learNing-Enhanced imaging” – Projet STREAMLINE (GA 950618)
  Horizon 2020 Programme (U.E.), Bénéficiaire unique (B. Wetzel, XLIM)
• 2021-2025 : Région Nouvelle-Aquitaine – Project ESR (Cofinancement régional)
  “Sources Photoniques intelligentes pour l’Imagerie avaNcée et les Applications Lasers” – Projet SPINAL
• 2021-2025 : ANR (Agence Nationale de la Recherche) – Projet PRC 2020
  “Optimized on-demand ultrafast and broadband light sources using machine learnings” – Project OPTIMAL (ANR-20-CE30-0004)
  > FEMTO-ST (Coord: J.M. Dudley), ICB (C. Finot), XLIM (B. Wetzel)
• 2024 : ANR LabEx ∑-LIM (ANR-10-LABX-0074) – AAP 2023
  “Reconfigurable photonic sources for innovative approaches to computational imaging”
  > XLIM (Coord: B. Wetzel) + Laboratoires CRIBL et IRCER (Limoges)
• 2024 : ANR LabEx FIRST-TF (ANR-10-LABX-48-01) – AAP 2023
  “Flexible and reconfigurable optical frequency combs”
  > XLIM (Coord: B. Wetzel), PhLAM (A. Mussot)

Partenariats

• Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), Montréal (Canada)
• Institute of Photonics, Leibniz University of Hannover, Hannovre (Allemagne)
• Institut FEMTO-ST, Université Marie & Louis Pasteur, Besançon (France)
• Emergent Photonics Research Centre, Loughborough University, Loughborough (Royaume-Uni)
• Laboratoire PhLAM, Université Lille, Lille (France)
• City University of Hong Kong (CityUHK), Hong-Kong (China)
• Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), Université Paris-Saclay (France)
• Swinburne University of Technology, Melbourne (Australie)
• Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne (ICB), Université Bourgogne Europe, Dijon (France)
• Tampere University, Tampere (Finlande)
• University Sapienza Rome, Rome (Italie)