Topic description
Le projet de doctorat proposé vise à développer et à démontrer la prochaine génération de fibres à cristal photonique à cœur creux (HCPCF) pour la transmission de données à très haut débit, la communication quantique et la détection distribuée. Des avancées récentes ont permis de réduire les pertes des HCPCF à 0,1 dB/km [1-2], positionnant cette technologie comme une alternative révolutionnaire aux fibres de silice conventionnelles.
La lumière se propageant dans l'air plutôt que dans le verre, les HCPCF permettent une latence plus faible et des non-linéarités optiques négligeables, répondant ainsi aux principaux défis des futurs centres de données, des réseaux optiques pour les applications sensibles au temps et des systèmes de distribution de clés quantiques (QKD). Le projet explorera la communication de signaux via les HCPCF comme technique disruptive pour transmettre des informations de manière rapide et sécurisée et explorera la capacité de détection distribuée de ces fibres. Notre ambition est de démontrer une transmission à Gbps sur quelques kilomètres de fibre et d'étudier les potentiels de la transmission QKD et de la détection acoustique distribuée (DAS) sur les HCPCF. Une telle réalisation nécessite de surmonter des spécifications strictes en matière de guidage monomode, de contrôle de la polarisation et de faibles pertes de courbure et de couplage.
Deux groupes de recherche complémentaires superviseront conjointement les travaux :
GPPMM/XLIM/UNILIM-CNRS, reconnu internationalement pour la conception et la fabrication de HCPCF [3-5], supervisera le développement de nouvelles HCPCF à réseau hybride et la mise en œuvre de méthodes de fabrication avancées afin de minimiser les pertes par diffusion de surface.
GTO/LTCI/Télécom Paris/IMT, leader dans le domaine des systèmes de communication optique à haut débit, se concentrera sur l'intégration et le test des nouvelles fibres dans des plateformes de transmission cohérente, de communication quantique et DAS de pointe. L'existence d'une expertise sur ces trois sujets [6-8] et de ces trois plateformes dans un seul laboratoire universitaire confère à GTO une position unique au niveau national.
La synergie entre les deux équipes est essentielle : un retour d'information itératif entre la fabrication et les tests au niveau du système garantira que les propriétés de la fibre répondent aux exigences opérationnelles de transmission et de détection. Une collaboration industrielle avec GLOphotonics complétera les efforts universitaires, en apportant son expertise en matière de connectique et de mise à l'échelle vers des longueurs de fibre déployables.
Sur le plan méthodologique, le projet combine la modélisation numérique, la fabrication, la caractérisation et la validation expérimentale sur la bande C. Le traitement numérique du signal pour le suivi de la polarisation et de la phase développé au LTCI sera utilisé pour évaluer et optimiser les performances de transmission des HCPCF. Au-delà des objectifs immédiats, ces travaux ouvriront la voie à de nouvelles applications des fibres à guidage aérien pour les réseaux hybrides classiques-quantiques et les infrastructures de détection distribuées.
En fusionnant une technologie de fibre optique de pointe avec la recherche avancée en systèmes de communication, cette thèse jettera les bases d'une nouvelle génération de liaisons optiques ultra-rapides, à faible latence et prêtes pour le quantique. Son succès dépendra de manière cruciale de l'expertise unique et complémentaire des deux équipes de supervision, dont l'expertise et la collaboration rendent cet objectif ambitieux et disruptif réaliste.
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The proposed Ph.D. project aims to develop and demonstrate the next generation of hollow-core photonic crystal fibers (HCPCFs) for ultra-high-speed data transmission, quantum communication, and distributed sensing. Recent breakthroughs have reduced HCPCF losses to 0.1 dB/km [1-2], positioning this technology as a transformative alternative to conventional silica fibers.
With light propagating in air rather than glass, HCPCFs enable lower latency and negligible optical nonlinearities, addressing key challenges for future data centers, for optical networks for time-sensitive applications, and quantum key distribution (QKD) systems. The project will explore communicating signals over HCPCFs as a disruptive technique to transmit information in a fast and secure way and to explore distributed sensing capability of these fibers. Our ambition is to demonstrate Gbps transmission over a few kilometers of fiber, and investigate the potentials of QKD transmission and distributed acoustic sensing (DAS) over HCPCFs. Such an achievement requires overcoming stringent specifications in single-mode guidance, polarization control, and low bend and coupling losses.
Two complementary research groups will co-supervise the work:
– GPPMM/XLIM/UNILIM-CNRS, internationally recognized for HCPCF design and fabrication [3-5], will supervise the development of novel hybrid-lattice HCPCFs and the implementation of advanced fabrication methods to minimize surface scattering losses.
– GTO/LTCI/Télécom Paris/IMT, a leader in high-speed optical communication systems, will focus on integrating and testing the new fibers within state-of-the-art coherent transmission, quantum communication and DAS platforms. The existence of the expertise on the three topics [6-8] and the three platforms in one academic lab gives GTO a unique position on the national level.
The synergy between the two teams is essential: iterative feedback between fabrication and system-level testing will ensure that the fiber properties meet operational transmission and sensing requirements. An industrial collaboration with GLOphotonics will complement academic efforts, providing expertise on connectorization and scaling toward deployable fiber lengths.
Methodologically, the project combines numerical modeling, fabrication, characterization and experimental validation across the C-band. Digital signal processing for polarization and phase tracking developed at LTCI will be used to assess and optimize the transmission performance of HCPCFs. Beyond the immediate targets, this work will pioneer new applications of air-guided fibers for hybrid classical–quantum networks and distributed sensing infrastructures.
By merging cutting-edge fiber technology with advanced communication system research, this thesis will lay the foundations for a new generation of ultrafast, low-latency, and quantum-ready optical links. Its success depends critically on the unique and complementary expertise of the two supervisory teams, whose expertise and collaboration make this ambitious and disruptive goal realistically achievable.
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Début de la thèse : 01/10/
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