PhD H/F en interférométrie infrarouge pour la spectroscopie moléculaire.

Des données de laboratoire sont nécessaires pour interpréter les observations des télescopes terrestres et spatiaux et pour valider les modèles de réseaux chimiques du milieu interstellaire et des atmosphères planétaires. En particulier, des données spectroscopiques sur les nombreuses espèces moléculaires impliquées dans les différents environnements extraterrestres (du milieu interstellaire aux atmosphères exoplanétaires) sont nécessaires pour interpréter les observations. Après la grande majorité des nouvelles détections réalisées par spectroscopie rotationnelle dans le domaine des ondes millimétriques, l’attention s’est récemment portée sur les observations infrarouges avec le lancement du télescope spatial James Webb, qui observe le domaine spectral 1-20 µm.
À Rennes, nous développons depuis 2020 des spectromètres infrarouges à transformée de Fourier à peigne de fréquence (signature spectrale des lasers femtosecondes stabilisés). Ces instruments permettent de mesurer des spectres à haute résolution [1], et couvrent une partie importante du domaine d’observation du JWST. (1-10 µm), ce qui les rend particulièrement pertinents pour les études de spectroscopie fondamentale (mesure de spectres de référence d’espèces complexes) ainsi que pour le diagnostic résolu dans le temps de processus dynamiques tels que les réactions chimiques. Lors de la thèse de Romain Dubroeucq (2020-2023), le système a été développé dans le proche infrarouge, autour de 1550 nm, afin d’être résolu en temps [2], et compatible avec une détection en flux supersonique uniforme [3].
Le projet consiste à adapter les techniques opérant dans le proche infrarouge à la nouvelle source peigne de fréquences émettant dans l’infrarouge moyen (3-10 µm). Le laser sera couplé à une cavité Fabry-Pérot réfléchissant entre 3 et 3,5 µm, et la transmission de la cavité sera analysée à l’aide du spectromètre résolu en temps à transformée de Fourier développé à Rennes. Le système optique sera ensuite combiné (et stabilisé) pour sonder un jet supersonique déjà équipé d’un système de photolyse laser pour créer des espèces radicalaires dans le flux. Si possible, un premier test de détection sera réalisé sur le radical CH3, particulièrement important en science de la combustion, mais aussi pour la chimie des atmosphères planétaires (terrestres ou exoplanétaires).

Le candidat doit être titulaire d’un Master en physique ou équivalent. Le sujet proposé nécessite une forte implication expérimentale (techniques du vide, optique infrarouge, lasers, électronique) ainsi qu’une volonté de compréhension théorique par la simulation de spectres mesurés. Des connaissances en programmation Matlab, Python et/ou Labview, en optique et en spectroscopie d’absorption laser seront fortement appréciées.

Bibliographie :
[1] L. Rutkowski, P. Maslowski, AC Johansson, A. Khodabakhsh, A. Foltynowicz, Spectroscopie à transformée de Fourier en peigne de fréquence optique avec une résolution sous-nominale et une précision au-delà du profil de Voigt. J. Quant. Spectrosc. Radiateur. Transfert, 204, 63 (2018) ;
[2] R. Dubroeucq, L. Rutkowski, Spectroscopie annulaire à cavité à transformée de Fourier à peigne de fréquence optique. Optique Express, 30(8), 13594 (2022) ;
[3] R. Dubroeucq, Q. Le Mignon, N. Suas-David, S. Kassi, R. Georges et L. Rutkowski, Spectroscopie en peigne à fréquence améliorée par cavité dans un jet supersonique, CLEO/Europe-EQEC (2023).