Thèse Instrumentation Rf et Thz Basée sur la Photonique pour la Caractérisation Ultra-Large Bande de Dispositifs Électroniques H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Direction de la thèse : Emilien PEYTAVIT ORCID 0000000200744339
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-06T23:59:59L'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.

Les dispositifs électroniques modernes fonctionnent à des fréquences toujours plus élevées, en particulier dans les domaines des communications sans fil, de l'imagerie et de la détection. Cette évolution impose le développement de nouvelles techniques de mesure capables de caractériser ces dispositifs sur des bandes de fréquences extrêmement larges.

Les approches conventionnelles basées uniquement sur l'électronique atteignent aujourd'hui leurs limites en termes de fréquence maximale et de complexité d'instrumentation. Les techniques basées sur la photonique permettent de contourner ces limitations en exploitant les propriétés des dispositifs optoélectroniques ultrarapides pour réaliser des conversions de fréquence efficaces.

Les photoconducteurs ultrarapides constituent une technologie particulièrement prometteuse pour ce type d'applications, car ils peuvent fonctionner à la fois comme mélangeurs optoélectroniques pour la détection et comme sources par photomélange pour la génération de signaux haute fréquence.

Les objectifs de cette thèse sont :
-développer des dispositifs photoconducteurs ultrarapides optimisés pour l'instrumentation RF et THz
-concevoir des mélangeurs optoélectroniques permettant la détection hétérodyne sur des bandes de fréquences très larges
-développer des sources photoniques accordables par photomélange pour la génération de signaux millimétriques et térahertz
-explorer de nouveaux concepts d'instrumentation basés sur ces dispositifs, tels que des analyseurs de spectre ultra-large bande ou des analyseurs de réseau vectoriels assistés par la photonique
-démontrer expérimentalement des systèmes capables de caractériser des dispositifs électroniques sur des bandes de fréquences allant de quelques GHz jusqu'à plusieurs centaines de GHz.

La méthodologie de la thèse reposera sur plusieurs axes complémentaires :
1.Modélisation de dispositifs optoélectroniques
Simulation des photoconducteurs ultrarapides et de leur réponse optoélectronique.
2.Conception de circuits RF et THz
Développement de mélangeurs optoélectroniques et de sources par photomélange.
3.Fabrication en salle blanche
Participation à la réalisation des dispositifs sur les plateformes technologiques du laboratoire.
4.Caractérisation expérimentale
Mesures optiques, RF et THz des dispositifs et validation expérimentale des concepts d'instrumentation développés