Optical Devices

FOREWORD
OPTICAL DEVICES
hroughout the years, Physics in Canada has
presented issues devoted to themes of special
concern to us as physicists that focus on research
areas of particular significance in Canada. This
year we are marking the International Year of Light,
which gives us the opportunity to acknowledge the
importance of light-based technologies as powerful tools
for the development of solutions applicable to all spheres
of society. These technologies have already revolutionized sectors such as energy, agriculture and health, to
name a few, and they have barely begun their ascent. The
science of light plays a crucial role in our everyday lives
and is now considered as an essential scientific discipline
for the 21st century.
T
This special theme issue on optical devices celebrates the
technical development that underscores the science of
light. An optical device is by definition a device that
produces or controls light. In this issue, we are therefore
presenting a random sampling of research projects carried
out in Canada that could pave the way for the development of innovative optical devices. We have opted for a
series of concise articles that give an overview of the
breadth of the field. Articles were selected to show the
extraordinary diversity and the catchy vitality of various
research groups involved in this area. It would have been
impossible to include all of the projects that deal with
optical devices in Canada. Virtually every university,
research centre and high-tech company develops or uses
optical devices. With this issue, we wish to recognize the
community as a whole.
The first article by Viens and Messaddeq presents an
innovation in the integration of various functions within
the structure of an optical fiber to create smart textiles.
Weaving functionalized optical fibers inside articles of
clothing paves the way to several applications especially
when connected to a WiFi network. Lundeen and Boyd
take us on a journey to the discovery of quantum imaging
and metrology. Innovative approaches and devices have
improved the generation, control and detection of photons
at the quantum level. Applied and fundamental science
come together to shed some light on new optical
phenomena. The next article by Galstian discusses the
emergence of a new era where liquid crystal optical
devices will be used for applications in the area of
biology. Whether for projection or imaging, liquid crystal
devices are a means of shaping light. Because the
characteristics of liquid crystals are similar to natural
phenomena, new applications for this technology can be
contemplated. Vallée, Fortin and Bernier report on a new
generation of optical fiber lasers for applications in the
near infrared. In particular, they outline the complexities
of developing lasers in these spectral bands and present
the potential benefits of such new devices as well as the
scientific and technological breakthroughs that they could
generate. Our colleagues of the Fang group at McMaster
introduce a novel solution for gastro-intestinal diagnostic
endoscopy. This practical and unique approach, which
combines a wide-angle optical device and an efficient
image processing scheme, will improve the way colorectal cancer is detected and treated. The article by Masud,
Tiedje, Utkin and Fedosejevs reports on a new device that
improves the efficiency of a high-power laser by utilizing
a cryogenic chamber to cool the laser’s amplification
module. The high-power laser based on this type of
amplifier is destined for industrial as well as scientific
applications. Canadian astronomy is a story in itself in
terms of the development of optical instruments. Drissen
gives us an overview of three newly developed instruments for the Mont-Mégantic Observatory. Designed and
fabricated in Canada, these instruments clearly demonstrate our know-how in optical devices. The significant
contribution of the Mont-Mégantic Observatory to Canadian astronomy is also acknowledged in the last issue of
2014 (Vol. 70, No. 4, 2014). Canada also plays an active
role in adaptive optics for medical and astronomical
applications. This is presented by Brousseau and Thibault
who discuss the latest developments in the utilization of
ferrofluids as magnetic deformable mirrors. From a mere
scientific curiosity twelve years ago, this made-in-Canada
technology has benefited from recent refinements that
have brought it to maturity. Finally, Viens and Messaddeq
round out the issue by presenting the latest developments
Simon Thibault,
Bsimon.thibault@
phy.ulaval.ca,
Département de
physique, de génie
physique et
d’optique, 2375 rue
de la Terrasse,
bureau 2145,
Université Laval,
Québec (Québec)
G1V 0A6
The contents of this journal, including the views expressed above, do not necessarily represent the views or policies of the Canadian Association of
Physicists.
Le contenu de cette revue, ainsi que les opinions exprimées ci-dessus, ne représentent pas nécessairement les opinions ou les politiques de l’Association
canadienne des physiciens et physiciennes.
LA PHYSIQUE
AU
CANADA / Vol. 71, No. 1 ( 2015 ) + 1
FOREWORD/PRÉFACE
regarding the fabrication of a new type of optical fiber capable
of transporting solar radiation. With this new solar “cable”,
power equivalent to 15,000 suns can be transported. This
achievement is evidence of the innovation that is prevailing
throughout the whole country.
What is presented in the following pages is the outcome of the
work of several colleagues across Canada. I wish to thank them
LES
À
Ce numéro thématique sur les dispositifs optiques se veut donc
un hommage au développement technique relié à la science de
la lumière. Un dispositif optique est par définition un dispositif
pour produire ou contrôler la lumière. Nous présentons ainsi
dans ce numéro un échantillonnage non exhaustif des
recherches au Canada pouvant mener au développement de
dispositifs optiques novateurs. Nous avons opté pour une série
de courts articles pour donner un aperçu de l’envergure du
domaine. La sélection des articles vise à montrer l’extraordinaire diversité et l’entraı̂nante vitalité des différents groupes de
recherche au Canada dans ce domaine. Inclure tout ce qui se
fait au Canada en dispositifs optiques aurait été impossible.
Pratiquement chaque université, centre de recherche et compagnie de haute technologie canadiens développent ou utilisent
des dispositifs optiques. Avec ce numéro, nous saluons
l’ensemble de cette communauté.
Le premier article de Viens et Messaddeq traite d’une
innovation basée sur l’intégration de différentes fonctionnalités
dans la structure d’une fibre optique pour réaliser un textile
intelligent. L’incorporation de fibres optiques fonctionnelles
tissées à l’intérieur d’un vêtement permet d’envisager plusieurs
applications notamment en connectant le vêtement à un réseau
sans fil. Lundeen et Boyd nous amènent ensuite à la découverte
+
PHYSICS
IN
Simon Thibault, Université Laval
Guest Editor
Comments of readers on this foreword are more than welcome.
DISPOSITIFS OPTIQUES
travers les années, La Physique au Canada a présenté
des thématiques qui nous touchent et qui font partie
des axes de recherche importants au Canada. En cette
année de célébration de l’Année internationale de la
lumière, nous reconnaissons l’importance des technologies
basées sur la lumière comme un puissant outil de développement de solutions dans toutes les sphères de la société. Les
technologies basées sur la lumière ont déjà révolutionné les
domaines de l’énergie, de l’agriculture et de la santé, pour en
nommer quelques-uns, et leur essor est à peine amorcer. La
science de la lumière joue un rôle vital dans notre quotidien et
est une discipline essentielle de la science du XXIe siècle.
2
for their contribution to this issue. I enjoyed discovering the
genuine effervescence of the field and hope that you will
appreciate reading these articles.
CANADA / VOL. 71, NO. 1 ( 2015 )
de l’imagerie et de la métrologie quantique. Des approches et
dispositifs optiques innovateurs permettent de mieux créer,
contrôler et détecter les photons à un niveau quantique.
L’application et la science fondamentale se côtoient pour
mettre en lumière de nouveaux phénomènes optiques. Le
prochain article de Galstian discute de l’émergence d’une
nouvelle ère où les dispositifs optiques à cristaux liquides
seront utilisés pour des applications en biologie. En projection
ou en imagerie, les dispositifs à cristaux liquides permettent de
façonner la lumière. Les caractéristiques des cristaux liquides
sont similaires à des phénomènes naturels permettant d’envisager de nouvelles applications de ces dispositifs. Vallée,
Fortin et Bernier discutent ensuite d’une nouvelle génération
de laser à fibre optique pour des applications dans le proche
infrarouge. Notamment, ils exposent les complexités à développer des lasers dans ces bandes spectrales tout en présentant
les bénéfices et potentiels de ces nouveaux dispositifs. Ce
domaine prometteur sera à l’origine de nouvelles percées
scientifiques et technologiques. Nos collègues de McMaster du
groupe de Fang nous présentent une solution novatrice pour le
diagnostic en endoscopie gastro-intestinale. Cette solution
pratique et unique permettra de mieux localiser et ultimement
mieux traiter le cancer colorectal. Cette approche combine à
la fois un dispositif optique grand angle et un schéma de
traitement d’image efficace. L’article de Masud, Tiedje, Utkin
et Fedosejevs présente un nouveau dispositif qui permet
d’augmenter l’efficacité d’un laser haute puissance en utilisant
une chambre cryogénique pour refroidir le module d’amplification du laser. Le laser de puissance basé sur l’utilisation de
ce type d’amplificateur sera à considérer dans l’avenir pour des
applications industrielles et scientifiques. L’astronomie canadienne est une histoire en soi en termes de développement
d’instruments optiques. Drissen nous offre un survol de trois
nouveaux instruments développés récemment pour l’Observatoire du Mont-Mégantic. Ces instruments développés au
Canada montrent clairement notre savoir-faire en dispositif
optique. Il souligne également la contribution significative de
PRÉFACE
l’Observatoire du Mont-Mégantic à l’astronomie spatiale
canadienne tel que présenté dans le dernier numéro de 2014
(Vol. 70, No. 4, 2014). Le Canada est aussi actif en optique
adaptative pour des applications astronomiques et médicales.
Comme exemple, Brousseau et Thibault discutent des derniers
développements reliés à l’utilisation de ferrofluides comme
miroir déformable magnétique. Curiosité il y a une douzaine
d’années, les raffinements récents confirment la maturité de
cette technologie développée au Canada. Finalement, Viens et
Messaddeq terminent ce numéro par un développement récent
sur la fabrication d’un nouveau type de fibre optique pouvant
transporter la radiation solaire. Ce nouveau « câble » solaire
permet ainsi de transporter une intensité correspondant à un
facteur de concentration de 15 000 soleils. Cet exploit
représente bien l’innovation qui règne à travers tout le pays.
Ce qui vous est présenté est le fruit du travail de plusieurs
collègues à travers le Canada que je tiens à remercier. J’ai eu
beaucoup de plaisir à découvrir la vitalité du domaine et espère
que vous apprécierez les articles. Bonne lecture!
Simon Thibault, Université Laval
Rédacteur honoraire
Les commentaires de nos lecteurs ou lectrices au sujet de cette
préface sont bienvenus.
NOTE: Le genre masculin n’a été utilisé que pour alléger le
texte.
LA PHYSIQUE
AU
CANADA / Vol. 71, No. 1 ( 2015 ) + 3