Mini-lidar à large couverture spectrale dans l'infrarouge // Mini-aerosol lidar with broad infrared spectral coverage

Le but de cette thèse est d'estimer l'apport potentiel de la gamme spectrale proche à moyen infrarouge pour ces expériences de détection d'aérosols à distance par Lidar (usuellement réalisées dans l'UV et le visible), en particulier pour des aérosols de type minéral (désertique) et /ou carbonés (suies), dont la forme irrégulière ne conduit pas à une solution analytique aux équations de Maxwell. Ce projet doctoral vise ainsi à développer un mini-lidar à base d'une source laser et d'un module de détection originaux. Ce lidar permettra de réaliser, dans un premier temps en laboratoire, des mesures de rétrodiffusion sur ces aérosols, afin de déterminer leurs signatures spectrales dans la gamme spectrale proche à moyen infrarouge. Ce développement expérimental repose sur des briques techniques innovantes à développer au cours de la thèse, basées sur l'utilisation conjuguée de concepts d'optique non-linéaire, de polarimétrie et de spectroscopie optique :
- Source largement accordable dans le proche-moyen infrarouge (1.5-4 µm, IN, ONERA)
- Détection large bande et sensible dans cette même gamme spectrale, basée sur un concept de conversion de fréquence (ONERA, IN), afin de: i) Réaliser, en laboratoire (iLM), des mesures en rétrodiffusion exacte (180.0°) sur ces aérosols dans cette nouvelle gamme spectrale, ii) Estimer, en atmosphère réelle, la faisabilité d'un système futur, à réaliser une télédétection lidar de ces aérosols, fondée sur cette gamme spectrale, à distance et longue portée (ONERA, IN, ILM).
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Up to now, most aerosol lidars operate in the UV, visible and near-infrared spectral ranges, using commercial laser solutions such as neodymium-doped lasers followed by a frequency conversion stage to access the three widely-used wavelengths 355, 532 and 1064 nm. Fundamental knowledge of aerosol spectroscopy therefore remains to be developed in the mid IR. The scientific goal of this doctoral work is to investigate the potential interest of the near-to mid-infrared spectral range for future aerosol lidar ground or satellite missions. The aim of this doctoral project is then to develop a mini-lidar to carry out backscatter measurements on mineral dust aerosols or/and carbonaceous (soot) aerosols, to determine their spectral signatures from the near- to mid-infrared spectral range.
Methodology: This experimental development relies on two innovative technical building blocks to be developed during the thesis, based on the combined use of non-linear optics, polarimetry and optical spectroscopy concepts described below.
1) A Highly tunable pulsed laser source in the near-mid infrared (1.5-4.1 µm).
2) An innovative broadband and sensitive detection in the same spectral range, based on a frequency conversion concept, coupled to polarimetric capability.
The lidar will then be used to recover properties of some aerosols in the laboratory.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Programme COFUND LIGHTinPARIS

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

Candidat(e)s motivé(e)s, cursus universitaire ou en école d'ingénieur du niveau Master 2 ou équivalent, excellent dossier scolaire et recommandations souhaitées. Unités d'enseignement théoriques et pratiques en optique, laser, optique non linéaire, radiométrie. Maîtrise de l'anglais, ainsi que de bonne qualités rédactionnelles. Une demande d'accès à zone à régime restrictif devra être réalisée.
The PhD candidate should have skills in optics, laser physics, non-linear optics, spectroscopy, and polarimetry. This PhD is well-suited to motivated candidates, originating from a university or engineering school curriculum at Master 2 level in optics (Master degree in Optics, in Physics) or equivalent, having excellent academic records, and recommendations are desirable. Fluency in English and good writing skills are also coveted.