Ingénieur d'Étude Généraliste - Sciences pour l'Ingénieur H/F - CNRS

Conception, développement, instrumentation et pilotage d'un banc de mesure visant à réaliser la spectroscopie laser par absorption saturée de cellules à vapeur alcalines microfabriquées (Cs et Rb). Caractérisation, évaluation et suivi de l'atmosphère des cellules alcalines via le banc de mesure développé.
Activités
Le principe de base d'un banc de spectroscopie par absorption saturée est le suivant. Le faisceau d'une diode laser, accordé dans ce cas à 895 nm (Cs) ou 795 nm (Rb), mis en forme, collimaté, est transmis dans une cellule à vapeur atomique (Cs ou Rb), et rétroréfléchi en sortie à l'aide d'un miroir. Les atomes interagissent alors avec deux faisceaux contre-propageants superposés (dits pompe et sonde). Le faisceau réfléchi est dirigé via un cube polarisant positionné en entrée de cellule vers une photodiode mesurant l'absorption du faisceau sonde par la vapeur.

Le balayage de la fréquence laser, lorsque réalisé autour de la fréquence de résonance des transitions atomiques, conduit à la détection de profils d'absorption, élargis par l'effet Doppler (liés à l'agitation thermique des atomes), au fond desquels des résonances dites sub-Doppler, affranchies de l'élargissement Doppler, de largeur ~100 fois plus étroites, sont détectées. Cette méthode constitue ainsi une approche simple et élégante pour la métrologie et qualifier la pureté des cellules alcalines développées. En effet, la présence d'impuretés dans la cellule induit un élargissement des résonances atomiques optiques.

Le banc embarquera principalement un axe optique fixe (laser(s) + optique passive + photodiode(s)) et une plateforme multi-cellules, régulée en température, opérant à champ magnétique nul et déposée sur des platines de translation pilotables, de sorte à pouvoir tester consécutivement l'ensemble des cellules.

Une fois la plateforme installée, le (la) candidat(e) développera un logiciel, idéalement avec Python, permettant le pilotage de l'expérience, soit la communication de l'ordinateur central de l'expérience avec l'ensemble de l'instrumentation requise pour son bon fonctionnement (carte d'acquisition pour acquisition ou génération de signaux analogiques, oscilloscopes, multimètres numériques, Arduino, caméra, etc.). Cette instrumentation permettra de rendre cette plateforme de mesure la plus automatisée possible pour une acquisition routinière des spectres optiques détectés dans les cellules. Une interface utilisateur sera développée.

Les profils d'absorption détectés dans les cellules sous test seront approximés par les profils adéquats (Voigt pour le fond Doppler, Lorentz pour la résonance sub-Doppler), desquels seront extraits les caractéristiques-clés des résonances (largeur à mi-hauteur, contraste d'absorption), porteuses d'informations-clés sur l'atmosphère interne de la cellule (densité atomique, pression de gaz/contaminants résiduels, etc.).

Cette offre ingénieur implique ainsi optique, conception mécanique, spectroscopie, électronique et instrumentation (interfaçage instruments/python). Cette plateforme sera d'utilité majeure à notre équipe de recherche pour renforcer nos moyens de caractérisations de cellules alcalines micro-fabriquées (développées en interne). Ces cellules MEMS atomiques sont exploitées au coeur d'horloges ou capteurs atomiques intégrés, utiles à une large gamme d'applications scientifiques, industrielles et sociétales.

Le plan de travail est :
1/ Conception opto-mécanique, assisté par CAO si besoin, du banc optique et plateforme cellules.
2/ Approvisionnement des composants de la plateforme de test (banc optique laser et plateforme cellules)
3/ Implémentation de la plateforme embarquant banc optique, module multi-cellules, et toute l'instrumentation nécessaire pour son pilotage. Cette étape implique le montage et l'alignement du banc optique laser (laser, composants optiques passifs - cubes, miroirs, lames, et photodiode, en espace libre) permettant la spectroscopie par absorption saturée des cellules de la plateforme multi-cellules.
5/ Développement d'un logiciel pour l'instrumentation et le pilotage de l'expérience (python préféré). Communication entre PC et cartes d'acquisitions, multimètres numériques, oscilloscopes, contrôleurs de température, etc.
6/ Acquisition, suivi et contribution à l'analyse des données sur microcellules testées

Compétences
Profil d'ingénieur généraliste: sciences pour l'ingénieur, physique appliquée.

Projet interdisciplinaire : optique (laser + composants passifs + photodiode, en espace libre) + mécanique + électronique + instrumentation pour automatisation du pilotage de l'expérience (python préférentiellement) : Communication entre PC et carte d'acquisition, multimètres numériques, oscilloscopes, etc.

Contexte de travail

L'Institut FEMTO-ST travaille depuis presque 20 ans sur le développement d'horloges atomiques miniatures, aujourd'hui valorisées industriellement et disponibles commercialement. Le coeur de ces micro-horloges atomiques est une cellule à vapeur alcaline microfabriquée (Cs ou Rb, en règle générale).

Au cours des dernières années, l'Institut FEMTO-ST a démarré le développement d'une nouvelle génération de micro-horloges dites optiques. Ces horloges nécessitent l'exploitation de cellules à vapeur alcaline à la pureté d'atmosphère interne renforcée (moins de contaminants, moins de gaz parasites). Aussi, la technologie de microcellule développée à FEMTO-ST présente tout le potentiel pour être exploitée au sein d'un large panel de capteurs quantiques intégrés, tels que des magnétomètres, aujourd'hui utilisés pour des applications biomédicales et la navigation, ou des capteurs de champ électrique.

Le développement du banc de mesure dont aura la charge le candidat, avec le support de l'équipe de recherche, s'inscrit dans le cadre d'un projet européen ambitieux, regroupant ~ 30 partenaires européens, démarrant en mai 2026, au sein duquel l'Institut FEMTO-ST sera responsable d'un work package ciblé sur le développement de cellules à vapeur alcalines microfabriquées, d'architecture ou contenu gazeux variés, vouées à être exploitées au sein de capteurs quantiques intégrés (horloges, magnétomètres, électromètres, etc.). La plateforme de spectroscopie multi-cellules développée par le/la candidat(e) permettra de renforcer significativement les capacités de caractérisation de cellules développées à FEMTO-ST. Cette plateforme constituera ainsi une plus-value significative pour l'Institut FEMTO-ST, visant à devenir une référence majeure pour ce type de technologie en Europe. Les travaux et développements associés à cette plateforme feront l'objet de livrables contractuels dans le cadre du projet européen.

Le/la candidat(e) intégrera l'équipe-projet "Micro-horloges atomiques" de l'Institut FEMTO-ST, Besançon, France (www.femto-st.fr). -Cette équipe implique des membres des équipes OHMS (https://teams.femto-st.fr//equipe-ohms/) [Dpt Temps-Fréquence] et MOSAIC (https://teams.femto-st.fr/MOSAIC/en) [Department Micro-Nano Sciences et Systèmes]. Le/la candidat(e) bénéficiera aussi du support des services communs électronique/mécanique/informatique de FEMTO-ST, ainsi que des plateformes de métrologie des fréquences Oscillator-IMP (http://oscillator-imp.com/dokuwiki/doku.php), et de microfabrication MIMENTO (https://www.femto-st.fr/en/Platforms/MIMENTO-Presentation).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
L'Institut FEMTO-ST travaille depuis presque 20 ans sur le développement d'horloges atomiques miniatures, aujourd'hui valorisées industriellement et disponibles commercialement. Le coeur de ces micro-horloges atomiques est une cellule à vapeur alcaline microfabriquée (Cs ou Rb, en règle générale).

Au cours des dernières années, l'Institut FEMTO-ST a démarré le développement d'une nouvelle génération de micro-horloges dites optiques. Ces horloges nécessitent l'exploitation de cellules à vapeur alcaline à la pureté d'atmosphère interne renforcée (moins de contaminants, moins de gaz parasites). Aussi, la technologie de microcellule développée à FEMTO-ST présente tout le potentiel pour être exploitée au sein d'un large panel de capteurs quantiques intégrés, tels que des magnétomètres, aujourd'hui utilisés pour des applications biomédicales et la navigation, ou des capteurs de champ électrique.

Le développement du banc de mesure dont aura la charge le candidat, avec le support de l'équipe de recherche, s'inscrit dans le cadre d'un projet européen ambitieux, regroupant ~ 30 partenaires européens, démarrant en mai 2026, au sein duquel l'Institut FEMTO-ST sera responsable d'un work package ciblé sur le développement de cellules à vapeur alcalines microfabriquées, d'architecture ou contenu gazeux variés, vouées à être exploitées au sein de capteurs quantiques intégrés (horloges, magnétomètres, électromètres, etc.). La plateforme de spectroscopie multi-cellules développée par le/la candidat(e) permettra de renforcer significativement les capacités de caractérisation de cellules développées à FEMTO-ST. Cette plateforme constituera ainsi une plus-value significative pour l'Institut FEMTO-ST, visant à devenir une référence majeure pour ce type de technologie en Europe. Les travaux et développements associés à cette plateforme feront l'objet de livrables contractuels dans le cadre du projet européen.

Le/la candidat(e) intégrera l'équipe-projet "Micro-horloges atomiques" de l'Institut FEMTO-ST, Besançon, France (www.femto-st.fr). -Cette équipe implique des membres des équipes OHMS (https://teams.femto-st.fr//equipe-ohms/) [Dpt Temps-Fréquence] et MOSAIC (https://teams.femto-st.fr/MOSAIC/en) [Department Micro-Nano Sciences et Systèmes]. Le/la candidat(e) bénéficiera aussi du support des services communs électronique/mécanique/informatique de FEMTO-ST, ainsi que des plateformes de métrologie des fréquences Oscillator-IMP (http://oscillator-imp.com/dokuwiki/doku.php), et de microfabrication MIMENTO (https://www.femto-st.fr/en/Platforms/MIMENTO-Presentation).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques

Lasers
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