Description du sujet de thèse

Sujet de thèse : Caméra hétérodyne employant Bolomètre à Electrons Chands à supraconducteur dans le domaine THz
L'objectif de ce projet de thèse est de réaliser un réseau de détecteur ultra-sensible pour l'imagerie spectroscopique de très haute résolution dans le domaine THz dont le développement nécessite l'application de la technique de détection hétérodyne et en particulier, la mise au point d'une technologie de mélangeurs en configuration multi-pixels.
Le mélangeur à bolomètre à électrons chauds à supraconducteur (HEB) est actuellement le plus performant en termes de sensibilité pour les fréquences bien au-delà de THz avec des températures de bruit proches de la limite quantique.
Notre laboratoire possède une bonne expertise des mélangeurs HEB. Dans le cadre des actions R&T CNES et des programmes RD européens, nous avons développé des mélangeurs avec des sensibilités à l'état de l'art et des nouveaux concepts de distribution et de transmission du signal de l'oscillateur local (OL). Dans la perspective de nous préparer à mieux répondre aux besoins de futures missions d'observations spatiales, nous envisageons d'étudier de nouvelles configurations du mélangeur afin de permettre son intégration dans une structure à multi-pixels et de réaliser une caméra hétérodyne ultra-sensible et compacte dans le domaine THz.
La réalisation d'une caméra hétérodyne est plus complexe qu'une caméra basée sur la détection directe. Un récepteur hétérodyne nécessite non seulement une bonne réception du signal RF à détecter, mais aussi du signal de l'oscillateur local. Une extraction efficace du signal de fréquence intermédiaire est également cruciale. Le mélangeur HEB étant sensible aux fluctuations du circuit de polarisation, du signal OL et de la température du fonctionnement, une attention particulière doit être accordée pour assurer une bonne stabilité de l'ensemble du système de détection.
Dans ce projet de recherche, tous les éléments mentionnés ci-dessus seront examinés. Dans un premier temps, des études théoriques et expérimentales seront entreprises afin de concevoir et réaliser un module mélangeur très compact et encastrable pour permettre l'intégration 2D dans le but de construire une matrice de mélangeurs THz haute sensibilité sans restrictions sur le nombre ou la disposition des pixels.
La deuxième partie de la thèse sera consacrée à l'intégration des modules mono-pixel pour former une caméra hétérodyne compacte. En se basant sur les travaux déjà effectués au laboratoire, l'étude sur la structure distribuant le signal LO à chaque pixel de la caméra sera également réalisée. La réalisation d'un prototype de la chaîne de détection est attendue.

Contexte de travail

Le LERMA est une unité mixte de recherche du CNRS, de l'Observatoire de Paris, de Sorbonne Université et de l'Université Cergy Paris. Le groupe instrumental du LERMA est une équipe de recherche et développement spécialisée dans la détection hétérodyne entre 100 GHz et 3 THz. Possédant une expertise internationalement reconnue dans la conception et la fabrication de composants et dispositifs à semi-conducteur et à supraconducteurs, les activités du groupe sont orientées vers la R&D technologique et vers la participation à des développements d'instruments pour des missions spatiales dans plusieurs domaines liés aux sciences de l'univers et à la physique de laboratoire.
Le travail de thèse se déroulera au sein du groupe instrumental du LERMA à l'Observatoire de Paris. L'étudiant(e) s'inscrira à l'Ecole Doctorale Astronomie et Astrophysique d'Ile de France (ED127) et suivra les cours réguliers organisés par l'école. La thèse sera supervisée par Yan Delorme (Lerma) et suivie par un comité de thèse qui accompagnera l'étudiant(e) pour toute la durée du programme doctoral. L'étudiant(e) bénéficiera d'une bourse de l'école doctorale.

Informations complémentaires

Titulaire d'un Master ou d'un diplôme d'ingénieur, le candidat ou la candidate doit avoir une bonne formation en électronique hyperfréquence et en physique du solide (en supraconducteur et en semi-conducteur). Il ou elle devra être motivé(e), autonome, et avoir l'envie d'aborder et de développer de multiples compétences. Une bonne maîtrise en anglais est indispensable.