Description

L’augmentation continue des fréquences de fonctionnement des dispositifs électroniques et photoniques utilisés dans les systèmes de télécommunications, de détection et d’imagerie nécessite le développement de nouvelles techniques de caractérisation capables de couvrir des bandes de fréquences extrêmement larges. Les composants modernes fonctionnant dans les domaines millimétriques et térahertz peuvent opérer depuis quelques dizaines de GHz jusqu’à plusieurs centaines de GHz, voire s’approcher du domaine THz. Cependant, l’instrumentation électronique conventionnelle, telle que les analyseurs de spectre ou les analyseurs de réseau vectoriels, est généralement limitée à des fréquences inférieures à environ 100 GHz ou nécessite des modules d’extension coûteux fonctionnant bande par bande.

Les approches basées sur la photonique offrent une alternative prometteuse pour dépasser ces limitations. Dans ces techniques, des dispositifs optoélectroniques ultrarapides permettent de convertir des signaux RF ou THz vers des fréquences plus basses, accessibles à l’instrumentation électronique standard. Parmi ces dispositifs, les photoconducteurs ultrarapides constituent une technologie particulièrement intéressante grâce à leur réponse optoélectronique extrêmement rapide.

Le groupe Photonique THz de l’IEMN a développé au cours des dernières années des photoconducteurs MSM ultrarapides intégrés dans des microcavités optiques basés sur du GaAs à basse température (LT-GaAs) et de l’InGaAs dopé au fer (Fe:InGaAs). Ces dispositifs peuvent fonctionner à la fois comme mélangeurs optoélectroniques pour la détection hétérodyne large bande et comme sources par photomélange pour la génération de signaux millimétriques et térahertz.

L’objectif de cette thèse est de développer des briques technologiques pour l’instrumentation RF et THz basée sur la photonique, en exploitant ces dispositifs photoconducteurs ultrarapides. Les travaux porteront sur la modélisation, la conception et la validation expérimentale de dispositifs et de systèmes permettant la génération et la conversion de signaux sur des bandes de fréquences ultra-larges. Ce projet contribuera au développement d’une nouvelle génération d’instruments de mesure RF et THz basés sur la photonique, capables de caractériser des dispositifs électroniques sur des bandes de fréquences extrêmement étendues.

Compétences requises

Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d’un Master ou diplôme équivalent en électronique, génie électrique, physique appliquée ou photonique. Le candidat devra manifester un intérêt marqué pour l’électronique haute fréquence (RF, ondes millimétriques ou THz) ainsi que pour les dispositifs optoélectroniques. Le projet comporte à la fois des aspects théoriques et expérimentaux incluant la modélisation de dispositifs, la conception de circuits et la réalisation de mesures en laboratoire. Le candidat devra donc être motivé pour travailler à l’interface entre électronique et photonique. Des connaissances en hyperfréquences, en dispositifs semi-conducteurs ou en photonique seront appréciées. Curiosité scientifique, autonomie et capacité à travailler dans un environnement interdisciplinaire seront des qualités essentielles.

Bibliographie

[1]E. Peytavit et al., “Milliwatt-level output power in the sub-terahertz range generated by photomixing in a GaAs photoconductor,” Appl. Phys. Lett., vol. 99, no. 22, p. 223508, 2011, doi: 10.1063/1.3664635.
[2]E. Peytavit, F. Pavanello, G. Ducournau, and J.-F. Lampin, “Highly efficient terahertz detection by optical mixing in a GaAs photoconductor,” Nov. 12, 2013, American Institute of Physics. doi: 10.1063/1.4830360.
[3]E. Peytavit, P. Latzel, F. Pavanello, G. Ducournau, and J.-F. Lampin, “CW Source Based on Photomixing With Output Power Reaching 1.8 mW at 250 GHz,” IEEE Electron Device Letters, vol. 34, no. 10, pp. 1277–1279, Oct. 2013, doi: 10.1109/LED.2013.2277574.
[4]C. Tannoury et al., “Photonic THz mixers based on iron-doped InGaAs embedded in a plasmonic microcavity,” APL Photonics, vol. 8, no. 11, p. 116101, Nov. 2023, doi: 10.1063/5.0153046.

Mots clés

Instrumentation RF et térahertz, photoconducteurs ultrarapides, caractérisation hyperfréquence, dispositifs semi-conducteurs, analyseurs de spectre ultra-large bande