Détection hyperspectrale à l’aide de champs laser intenses ultrarapides

*** NOUVEAU – 18 juin 2021

• Une pièce jointe a été ajoutée. Le document comprend des questions et des réponses liées au défi.

*Prière de noter que le site web SIC sera disponible le 11 juin 2021 à 14:00 HAE

Le présent avis du défi est publié en vertu de l’appel de propositions (003) du programme Solutions innovatrices Canada (SIC) (EN578-20ISC3). Pour obtenir des renseignements généraux sur le SIC, les soumissionnaires peuvent visiter le site Web du SIC à cet effet.

Veuillez consulter les documents de l’appel de propositions qui contiennent le processus de soumission d’une proposition.

Étapes à suivre :

Étape 1 : lisez ce défi

Étape 2 : lisez l’appel de propositions

Étape 3 : proposez votre solution ici

Titre du défi : Détection hyperspectrale à l’aide de champs laser intenses ultrarapides

PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil national de recherches du Canada (CNRC)

Méchanisme de financement : contrat

VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ

Ce défi peut amener la création de plusieurs contrats.

Phase 1 :

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de : 150 000 $ CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de déplacement et de subsistance, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 1 résultant de ce défi est de 6 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).

Estimation du nombre de contrats de la phase 1 : 2

Phase 2 :

N.B.: Seulement les entreprises qui auront complété avec succès la Phase 1 seront invitées à soumettre une proposition pour la Phase 2.

• Le financement maximal disponible pour tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de : 1 000 000 $ CAD, à l'exclusion des taxes applicables, des frais d'expédition, de voyage et de séjour, selon les besoins.
• La durée maximale de tout contrat de la phase 2 résultant de ce défi est de 24 mois (à l'exclusion de la présentation du rapport final).

Estimation du nombre de contrats de la phase 2 : 1

N.B.: les entreprises sélectionnées peuvent recevoir un contrat par phase, par défi. 

Le fait de divulguer l'estimation du financement disponible n'engage aucunement le Canada à payer cette somme. Les décisions finales sur le nombre de bourses des phases 1 et 2 seront prises par le Canada en fonction de facteurs tels que les résultats de l'évaluation, les priorités ministérielles et la disponibilité des fonds.

Déplacements 

*En raison de la Covid-19, la réunion de lancement et la réunion d'examen final auront la flexibilité d'être une vidéo ou une téléconférence en raison de problèmes de voyage et d'autres restrictions.

Réunion de lancement

Ottawa (Ontario)*

Réunions d'étape

Téléconférence/vidéoconférence

Réunion d'examen final

Ottawa (Ontario)*

Les autres communications pourront se faire par téléphone, par vidéoconférence ou par WebEx.

Énoncé du problème

Le Centre de recherches sur les technologies de sécurité et de rupture (TSR) du CNRC se spécialise dans la recherche sur les interactions entre les champs optiques puissants et les matériaux et nanostructures ainsi que sur l’application de ces phénomènes à l’amélioration des détecteurs. Des lasers femtoseconde de haute intensité sont nécessaires pour atteindre le régime de champ intense nécessaire aux interactions lumière-solide. Le CNRC utilise des matériaux aux propriétés diverses sur une gamme d’échelles étendue (du nanoscopique au macroscopique), de sorte que le système laser doit être capable de fournir efficacement une combinaison unique de champs de faible et forte intensité sur une large gamme spectrale allant de l’ultraviolet lointain à l’infrarouge moyen, à des fréquences de répétition élevée (100 kHz) et par l’intermédiaire d’impulsions courtes. La fréquence de répétition élevée permet de faire en sorte que la réponse des matériaux aux échelles nanométrique et atomique puisse être mesurée de manière adéquate, tandis que la large gamme spectrale permet l’excitation et la détection des résonnances propres à chaque matériau.

Pour ce défi, le CNRC souhaite acquérir un laser femtoseconde opérant à la fréquence de répétition de 100 kHz et qui, à partir d’un laser de pompage dont les impulsions de 200 fs seront centrées à 1,03 µm, offrira en sortie d’une minimum de trois faisceaux lasers constitués d’impulsions dont la durée sera inférieure à 100 fs sur une gamme de longueurs d’onde allant de l’ultraviolet lointain (450 nm) à l’infrarouge lointain (10 μm). Pour assurer l’obtention d’une intensité suffisamment élevée sur les cibles solides, le CNRC requiert que l’énergie des impulsions de longueurs d’onde supérieure à 1 μm soit au moins de l’ordre du microjoule (μJ).

Résultats souhaités et éléments à considérer

Résultats essentiels (obligatoires)

Les solutions proposées doivent :

1. Compatibilité avec un laser de pompage Yb femtoseconde (Carbide CB3 de Light Conversion) opérant à une fréquence de répétition de 100 kHz, avec une longueur d'onde centrale de 1,03 µm et en émettant des impulsions d’une durée de 200 fs et d’une puissance moyenne allant jusqu’à 80 W.

2. Impulsions femtoseconde en sortie (O1) dans l’infrarouge moyen à des longueurs d’onde accordables entre 2,5 et 10 µm (avec possiblement une bande interdite entre 4 et 4,3 µm), des durées d’impulsion inférieures à 100 fs et des énergies d’au moins 2 μJ par impulsion, et ce, sur toute la gamme spectrale du système. Les impulsions aux longueurs d’onde supérieures à 4 µm doivent présenter des phases d’enveloppe porteuse (CEP) stables (passives).

3. Impulsions dans l’infrarouge proche (O2) de durée ne dépassant pas les 10 fs à la longueur d’onde de 1,03 µm, avec une puissance d’au moins 3 W.

4. Impulsions femtoseconde (O3) dans le visible et l’ultraviolet, accordables entre 450 et 600 nm, et de durée inférieure à 70 fs.

5. Possibilité d’obtenir tous ces faisceaux simultanément en sortie.

6. Si un refroidissement est nécessaire, le système doit être livré avec des échangeurs de chaleur air-eau.

7. Capacité de fonctionner dans un laboratoire laser à une température de 20 °C +/- 3 °C et une humidité relative de 35 %.

8. Encombrement sur table : au plus 0,6 m x 4 m.

9. Système intégralement abrité dans une enceinte conforme à la sécurité relative aux rayonnements laser.

Résultats souhaités supplémentaires

Les solutions proposées devraient :

1. Systèmes de diagnostic intégrés supplémentaires, pilotés par un logiciel intégré, et incluant:

• des caméras et des photodiodes infrarouge permettant de surveiller l’alignement et la puissance des faisceaux de pompage;
• un spectromètre dans le proche infrarouge (< 1,2 μm) pour le suivi spectrométrique de la sortie O2;
• un profileur de faisceau dans l’infrarouge moyen couvrant les longueurs d’onde comprises entre 2 et 16 µm;
• un spectromètre dans le moyen infrarouge couvrant au moins la gamme de longueurs d’onde comprises entre 2 et 10 µm et capable d’opérer à la fréquence d’au moins 1 Hz (1 spectre par seconde);
• un spectromètre visible-ultraviolet pour l’analyse de la sortie O3;
• un dispositif de mesure des impulsions (autocorrélateur, FROG ou autre).

2. Possibilité de sélectionner par l’intermédiaire d’un logiciel la longueur d’onde des faisceaux accordables en sortie.

3. Possibilité d’étendre la gamme de longueurs d’onde en sortie (O3) en dessous de 450 nm, et entre 600 et 850 nm.

4. Sortie additionnelle (O4) sous la forme d’impulsions de 35 fs à la longueur d’onde de 1,03 μm avec une puissance supérieure à 70 W, non disponible simultanément avec une quelconque des autres sorties.

5. Sortie additionnelle (O5) sous la forme d’impulsions de 50 fs à la longueur d’onde de 2 μm avec une puissance d’au moins 4 W, disponible simultanément avec les sorties O1, O2 et O3.

Historique et contexte

Les impulsions laser intenses ultrarapides sont idéales pour sonder les propriétés des matériaux, en particulier les « matériaux quantiques », c’est-à-dire les matériaux dont les fonctions avancées dépendent de la corrélation entre leurs constituants. Ces propriétés se manifestent souvent à l’échelle nanométrique et jusqu’aux échelles micrométriques et macroscopiques ainsi que pour une large gamme de fréquences. L’analyse de ces matériaux nécessite des sources laser de pointe très intenses, capables de fonctionner à des fréquences de répétition élevée (> 100 kHz) et sur une large gamme spectrale (de l’ultraviolet à l’infrarouge moyen).

Les lasers femtoseconde à haute énergie et à puissance moyenne élevée à base d’ytterbium constituent des pompes idéales pour le développement de telles plateformes couvrant plusieurs fréquences. Ces lasers produisent des impulsions intenses à une longueur d’onde fixe dans le proche infrarouge. La conversion de fréquences s’effectue habituellement par amplification paramétrique optique, mais les solutions offertes sur le marché n’offrent qu’une couverture spectrale limitée. Pour couvrir la gamme de fréquences visée — de l’ultraviolet à l’infrarouge moyen —, il est nécessaire de recourir à une combinaison de solutions partielles et donc de se satisfaire d’un rendement moindre. Nous cherchons à acquérir une technologie cohérente capable de relever ce défi.

Nous anticipons qu’une telle plateforme laser repoussera les limites actuelles de ce type de technologie et trouvera facilement sa place sur le marché en pleine croissance des lasers ultrarapides. Mis à part l’intérêt évident que lui porteront les départements de physique, de génie et de chimie du monde entier, un système accordable sur une telle plage de fréquences serait également un outil précieux pour la recherche biologique et médicale.

DEMANDES DE RENSEIGNEMENTS

Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à TPSGC.SIC-ISC.PWGSC@tpsgc-pwgsc.gc.ca au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.