Description

Le domaine des ondes térahertz (THz) connaît un développement rapide en raison de ses applications potentielles en imagerie, spectroscopie, télécommunications à très haut débit et détection. Parmi les différentes technologies existantes, les sources THz basées sur le photomélange constituent une solution particulièrement attractive car elles fonctionnent en régime continu, à température ambiante et offrent une large bande de fonctionnement. Cette technique repose sur la détection optoélectronique du battement de fréquence généré par la superposition de deux lasers infrarouges, permettant une conversion de fréquence depuis l’infrarouge (~300 THz) vers le domaine THz (~1 THz).

Cependant, la puissance générée par les photomélangeurs reste limitée, typiquement de l’ordre de quelques dizaines de microwatts à 1 THz. Cette limitation provient principalement du compromis entre la réduction de la capacité électrique des photodétecteurs, qui impose des dimensions très faibles, et la nécessité d’obtenir un photocourant élevé afin de générer une puissance THz significative.

Une approche prometteuse pour dépasser cette limitation consiste à utiliser des réseaux de photodétecteurs ultrarapides permettant l’addition cohérente des courants générés par plusieurs composants élémentaires. Ces architectures permettent d’augmenter le courant de saturation et la puissance générée tout en conservant une large bande passante.

L’objectif de cette thèse est de concevoir, modéliser, fabriquer et caractériser des réseaux linéaires de photodétecteurs ultrarapides destinés à la génération et à la détection d’ondes THz. Des méthodes analytiques basées sur les matrices de transfert seront d’abord utilisées afin d’établir des règles de conception optimales. Des simulations électromagnétiques 3D seront ensuite réalisées afin de concevoir un réseau de huit photodétecteurs. Les dispositifs seront fabriqués sur les plateformes de micro-fabrication de l’IEMN puis caractérisés optiquement et électriquement jusqu’à 500 GHz.

Ces travaux devraient permettre de démontrer une nouvelle génération de photodétecteurs THz à très large bande passante (>300 GHz) et à fort courant de saturation, ouvrant la voie à des sources THz compactes et performantes.

Compétences requises

Pour cette thèse orienté optoélectronique et physique des ondes, nous recherchons un(e) étudiant(e) ayant suivi un parcours universitaire de type EEA/Electrical Engineering ou physique comportant solide formation en RF/micro-onde/physique des ondes/ Physique des semiconducteurs et qui est motivé(e) par la recherche en physique appliquée.

Bibliographie

L. Y. Lin et al., “High-power high-speed photodetectors: design, analysis, and experimental demonstration,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 45, no. 8, pp. 1320–1331, 1997.

Mots clés

Photonique , Terahertz, millimeter waves, Electronique rapide, semiconducteur