Description du sujet de thèse

Résumé
Les mélangeurs hétérodynes sont des composants fondamentaux des systèmes en ondes millimétriques et térahertz (THz), permettant la conversion de fréquence pour des applications telles que l'imagerie haute résolution, la spectroscopie et les systèmes de communication. Les mélangeurs électroniques traditionnels, bien que performants, rencontrent des défis à des fréquences plus élevées en raison de pertes accrues et d’une distribution complexe de l’oscillateur local (LO). Les avancées dans la technologie des mélangeurs hétérodynes, notamment le développement de mélangeurs à bolomètre à électrons chauds basés sur guide d'onde et de mélangeurs térahertz accordables à couplage d’antenne intersous-bande, ont considérablement amélioré la sensibilité et la bande passante des récepteurs dans les gammes de fréquences THz et millimétriques. Ces innovations ont été déterminantes dans des domaines tels que la radioastronomie, les sciences atmosphériques et le contrôle de sécurité, où la détection et l’analyse précises des signaux haute fréquence sont essentielles [1][2][3].
Les mélangeurs optoélectroniques, utilisant des oscillateurs locaux optiques, offrent des avantages significatifs dans ce contexte. Le LO optique peut être facilement distribué via des fibres optiques, fournissant une méthode quasi-exempte de pertes pour délivrer le signal LO à divers points du système. De plus, l'utilisation de lasers proche infrarouge pour le LO optique permet une large bande passante opérationnelle. Par exemple, un laser de télécommunications à 1550 nm a une fréquence centrale d’environ 192 THz ; un décalage de cette fréquence de 1 THz représente un changement relatif minime, permettant un accord en fréquence flexible.
En outre, les mélangeurs optoélectroniques peuvent simplifier les considérations de conception en éliminant le risque d’interférences entre le LO optique et le signal THz à détecter et convertir. Cette isolation améliore la performance du système et réduit les problèmes d’interférences. À l’IEMN, nous avons développé, au cours des quinze dernières années, des photoconducteurs MSM ultrarapides intégrés dans des cavités optiques, utilisant du GaAs cultivé à basse température (adapté aux lasers à 800 nm) ou de l’InGaAs dopé au fer (adapté aux lasers à 1550 nm). Ces dispositifs atteignent des valeurs de photoconductance approchant 10 mS (100 Ω), entraînant des pertes de conversion d’environ 20 dB à 100 GHz et 30 dB jusqu'à 300 GHz sans aucun circuit d’adaptation d’impédance ni de filtrage, comme présenté dans [4] et [5]. Cette impédance, proche de 100 Ω, les rend presque compatibles avec les chaînes sources ou intermédiaires (IF) de 50 Ω sans adaptation supplémentaire. De plus, en tant que résistances contrôlées optiquement fonctionnant à température ambiante sans polarisation en courant continu, ils agissent comme des atténuateurs avec un coefficient d'atténuation égal à la perte de conversion, ce qui correspond également au facteur de bruit. Ces avancées positionnent nos photoconducteurs comme des candidats prometteurs pour une détection efficace des signaux THz dans des systèmes entièrement optoélectroniques.
Objectifs de la thèse : Cette recherche vise à explorer les aspects fondamentaux des mélangeurs optoélectroniques et à développer des mélangeurs intégrés utilisant des photodétecteurs ultrarapides [5][4], développés par notre groupe ces dernières années. L’objectif principal sera la conception de mélangeurs intégrés dans des guides d'ondes pour les bandes de fréquences de 140-220 GHz, 220-325 GHz et 325-500 GHz.
Profil du candidat : Nous recherchons un(e) candidat(e) très motivé(e) avec une formation en Électronique, Génie Électrique ou Physique Appliquée. Le(la) candidat(e) idéal(e) devra avoir un fort intérêt pour la conception de circuits haute fréquence et l’optoélectronique, avec une volonté de s’engager à la fois dans la recherche théorique et expérimentale.
Les références ci-dessous fournissent des connaissances fondamentales et les avancées récentes pertinentes pour cette recherche :
[1] G. Chattopadhyay, “Technology, Capabilities, and Performance of Low Power Terahertz Sources,” IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., vol. 1, no. 1, pp. 33–53, Sep. 2011, doi: 10.1109/TTHZ.2011.2159561.
[2] A. Maestrini et al., “Terahertz Schottky Mixers for Atmospheric and Planetary Sciences,” Int. Conf. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves, IRMMW-THz, vol. 2019-September, Sep. 2019, doi: 10.1109/IRMMW-THZ.2019.8874320.
[3] E. Schlecht et al., “Schottky diode based 1.2 THz receivers operating at room-temperature and below for planetary atmospheric sounding,” IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol., vol. 4, no. 6, pp. 661–669, Nov. 2014, doi: 10.1109/TTHZ.2014.2361621.
[4] E. Peytavit, F. Pavanello, G. Ducournau, and J.-F. Lampin, “Highly efficient terahertz detection by optical mixing in a GaAs photoconductor,” Applied Physics Letters, vol. 103, no. 20. American Institute of Physics, p. 201107, Nov. 12, 2013, doi: 10.1063/1.4830360.
[5] 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.

Contexte de travail

L'activité s'exerce au sein du groupe Photonique THz de l'Institut d'Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN, https://www.iemn.fr/) situé à proximité immédiate du campus de l'université de Lille. L'ingénieur travaillera en collaboration avec les personnels techniques de la salle blanche et de la plateforme de caractérisation sous la direction d'Emilien Peytavit.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.



Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Aucun