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Doctorant-e (H/F) sur les lasers à électrons libres intégrés sur puce

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : vendredi 19 août 2022

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Informations générales

Référence : UMR9001-XAVCHE-002
Lieu de travail : PALAISEAU
Date de publication : vendredi 29 juillet 2022
Nom du responsable scientifique : Xavier Checoury
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 novembre 2022
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Laser à électrons libres intégrés sur puce

Les lasers à électrons libres (FELs) sont de très grands instruments de physique qui utilisent des électrons relativistes comme milieu de gain. La longueur d'onde n'est pas fixée par une propriété matérielle physique d'une excitation atomique, moléculaire ou semi-conductrice, comme dans les lasers habituels, mais par la géométrie conçue de la cavité laser et par la vitesse des électrons. Les deux peuvent être réglés à la demande offrant une polyvalence exceptionnelle. En effet, de tels lasers peuvent émettre des radiations puissantes allant des rayons X jusqu'à la longueur d'onde térahertz.

Au cours de cette thèse, nous visons à apporter la polyvalence en longueur d'onde des FELs macroscopiques à l'optique intégrée en développant un laser à électrons libres sur puce, ce qui serait une première mondiale, seules des sources incohérentes ayant été réalisées jusqu'à présent [1,2]. Ces lasers s'appuieront sur une émission Cherenkov stimulée générée à l'intérieur d'une structure diélectrique périodique, qui est traversée par un flux d'électrons généré sur la même puce par un canon à électrons intégré. Grâce à une conception originale de la cavité et du canon à électrons, les FELs intégrés devraient fonctionner à une tension aussi basse que 200 V et à un vide modéré, de l'ordre du millibar, fournissant des FELs à faible coût, compatible CMOS et économe en énergie, fonctionnant dans des environnements extrêmes impliquant des températures élevées et une exposition à diverses radiations.
Les structures permettant de générer de la lumière sur puce comprennent typiquement une structure périodique, permettant d'atteindre l'accord de phase requis pour l'émission Cherenkov. Parmi eux, les cristaux photoniques (PhC), dont la constante diélectrique est périodique dans deux (2D) directions de l'espace, sont particulièrement attractifs puisqu'ils sont particulièrement efficaces pour confiner fortement la lumière dans des guides d'onde ou des micro-cavités à haut facteur de qualité, de l'ordre de quelques millions [3-4].
Le doctorant participera au développement des modèles, à la conception, à la simulation et à la caractérisation des structures photoniques. Le doctorant sera également en charge des procédés de fabrication et de leur optimisation dans la salle blanche du C2N. Enfin, la caractérisation par faisceaux d'électrons se fera en collaboration avec nos partenaires dans le cadre du projet OFELIA financé par l'ANR. Nos partenaires dans ce projet sont le LPS (Orsay), l'Institut Lumière et Matière (Lyon) ainsi que Thales R&T (Palaiseau).

Pour postuler, une très bonne connaissance de l'électromagnétisme est nécessaire ainsi qu'une certaine expérience en simulation électromagnétique (FDTD ou FEM par exemple). Une connaissance de base de la caractérisation des composants optoélectroniques et de la fabrication en salle blanche sont un plus. Ces aptitudes, ainsi que l'intérêt et la motivation pour le sujet, doivent être attestés par le CV et développés dans une lettre de motivation convaincante.

[1] F. Liu, Nature Phot. 11, 289 (2017). [2] C. Roques-Carmes, Nature comm. 10, 3176 (2019). [3] Z. Han, Optics Comm. 283, 4387–4391 (2010). [4] T. Asano, Opt. Express 25, 1769 (2017).

Contexte de travail

La thèse se déroulera au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies - C2N (CNRS/Université Paris-Saclay), un laboratoire phare pour la recherche en Nanosciences et en Nanotechnologies et doté d'une des plus grandes salles blanches académiques de France.
L'étudiant intégrera l'équipe QD du département photonique du C2N, spécialisée en nanophotonique: https://www.qdgroup.universite-paris-saclay.fr/index.html
La thèse se déroulera dans le cadre du projet OFELIA financé par l'ANR en étroite collaboration avec nos partenaires : Le Laboratoire de physique du Solide (LPS), Thales R&T, situés à quelques centaines de mètres du C2N ainsi que l'Institut Lumière Matière (ILM) à Lyon. L'étudiant sera amené à interagir au cours du projet avec l'ensemble de ces partenaires pour les caractérisations du laser.

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