Description

Le domaine des ondes térahertz (THz) suscite un intérêt croissant en raison de ses nombreuses applications potentielles dans les communications ultra-haut débit, la spectroscopie, l’imagerie et les systèmes radar. Parmi les différentes approches de génération de signaux THz, le photomélange constitue l’une des solutions les plus prometteuses pour des sources fonctionnant en régime continu et à température ambiante. Cette technique repose sur la photodétection du battement de fréquence généré par la superposition spatiale de deux lasers infrarouges, permettant une conversion de fréquence depuis l’infrarouge (~300 THz) vers le domaine THz (~1 THz).

Cependant, la puissance de sortie des sources THz basées sur le photomélange reste aujourd’hui limitée à quelques dizaines de microwatts. Cette limitation provient principalement du compromis entre la réduction de la taille des photodétecteurs, nécessaire pour minimiser leur capacité électrique et atteindre de très grandes bandes passantes, et la nécessité de maintenir un photocourant élevé afin de générer une puissance THz significative.

Les photodiodes PIN à transport unipolaire modifié (MUTC) représentent actuellement l’état de l’art pour les applications optoélectroniques à très haute vitesse et à forte puissance. Grâce à une ingénierie optimisée du transport des porteurs et des régions d’absorption, ces dispositifs permettent d’atteindre des courants de saturation très élevés tout en conservant une large bande passante.

L’objectif de cette thèse est de concevoir et d’étudier de nouvelles architectures de photodiodes télécoms ultrarapides compatibles avec les lasers à 1550 nm, destinées à la génération de signaux radiofréquence et térahertz. Plusieurs architectures innovantes seront explorées, notamment des structures à cavité résonante, des photodiodes intégrées sur guide d’onde optique, ainsi que des architectures distribuées sur guide d’onde THz permettant l’addition cumulative du courant généré par plusieurs dispositifs.

Les structures seront étudiées par modélisation optoélectronique et électromagnétique, puis intégrées dans des émetteurs THz expérimentaux. Ce travail contribuera au développement de nouvelles sources photoniques THz compactes et performantes.

Compétences requises

Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d’un Master ou diplôme équivalent en physique, électronique, optoélectronique ou génie électrique. Le candidat devra posséder de solides bases en physique des semi-conducteurs et en optoélectronique. Une expérience en simulation de dispositifs ou en électromagnétisme (HFSS, CST, Lumerical, SILVACO, COMSOL, etc.) sera appréciée. Le candidat devra faire preuve d’un fort intérêt pour la recherche en physique appliquée, d’autonomie, de rigueur scientifique et d’une capacité à travailler dans un environnement de recherche collaboratif. Une bonne maîtrise de l’anglais scientifique est requise.

Bibliographie

1.Grzeslo, M. et al. High saturation photocurrent THz waveguide-type MUTC-photodiodes providing mW output power in the WR3 band. Optics Express 31, 6484–6498 (2022).
2.Li, Z., Pan, H., Chen, H., Beling, A. & Campbell, J. C. High-saturation-current modified uni-traveling-carrier photodiode with cliff layer. IEEE J Quantum Electron 46, 626–632 (2010).
3.Li, L. et al. Ultra-fast, high-power MUTC Photodiodes with bandwidth-efficiency product over 130 GHz * 100%. (2025).
4.Tannoury, C. et al. Photonic THz mixers based on iron-doped InGaAs

Mots clés

Photonique térahertz, MUTC photodiodes, optoélectronique, génération RF et THz, dispositifs semi-conducteurs III-V, télécommunications optiques