Laser intégrés sur verre pour la génération de fréquence THz

Résumé :
Plusieurs systèmes nécessitent l'emploi de signaux radio-fréquences à très hautes fréquences et possédant de grandes qualités spectrales, par exemple les systèmes des prochaines générations de communication sans fil, les spectroscopes, ainsi que les radars. La génération de ces signaux peut facilement être réalisée par des méthodes électriques pour des fréquences inférieures aux ondes millimétriques (30 GHz). Néanmoins, les performances de ces systèmes électroniques se dégradent à mesure que lorsque la fréquence augmente. Les sources optiques constituent une alternative bien connue pour la génération de radiofréquences tout en permettant l'accès aux de très hautes fréquences, notamment jusqu'à la gamme TéraHertz (THz> 300GHz). Ces systèmes optiques reposent le plus souvent sur l'utilisation de boucles d'asservissement complexes, optiques ou optoélectroniques qui limitent la fréquence maximale générée. De récents travaux menés au sein de notre laboratoire ont permis de produire des lasers intégrés sur verre ayant des propriétés spectrales de pointe adaptées à la génération de fréquences. Ces performances ont pu être obtenues grâce à l'utilisation de la technologie d'échange d'ions développée au laboratoire. Nous avons récemment validé leur utilisation pour générer des porteuses de radiofréquence à 60 GHz dans un système de communication radio sur fibre. Les travaux visés dans cette thèse sont l'amélioration des dispositifs, afin d'améliorer et d'homogénéiser les performances tout en permettant à des collaborateurs extérieurs de pouvoir les utiliser dans leurs propres applications. Nous visons entre autre des fréquences plus élevées (0,3-1 THz) pour des études seront menées en collaboration avec des équipes de recherche spécialisées dans les applications THz en spectroscopie (IMEP-LaHC-Chambéry) mais aussi pour les télécommunications (IES-Montpellier). Travail prévu : - Conception et réalisation de lasers : Afin d'obtenir d'excellentes propriétés spectrales, les sources optiques utilisées pour l'hétérodynage doivent être co-intégrées dans le même substrat de verre. Ces travaux bénéficieront d'études et de travaux de thèses antérieurs. Nous nous concentrerons sur l'optimisation de la conception et de la réalisation de lasers co-intégrés avancés. Ces études impliqueront la modélisation des éléments du laser, leur conception en salle blanche ainsi que les différentes caractérisations nécessaires pour les qualifications. - Caractérisations avancées : Afin de comprendre le comportement du laser et de qualifier la radiofréquence générée, plusieurs expériences de caractérisations avancées seront mises en œuvre. Elles seront notamment axées sur l'analyse des bruits de phase et d'intensité des signaux optiques laser, mais aussi des signaux électriques générés. Cette partie du travail bénéficiera de collaborations déjà initiées avec des laboratoires extérieurs. - Conceptions avancées : L'intégration de fonctionnalités supplémentaires sera étudiée afin d'étendre les capacités de ces systèmes. Outre les fonctions optiques supplémentaires, l'encapsulation de la structure et le co-développement des fonctionnalités actives et passives amélioreront la durabilité du système et faciliteront la manipulation afin de garantir la répétabilité des résultats et la l'utilisation des composants par des collaborateurs.

• Julien POETTE, MAITRE DE CONFERENCES - Grenoble INP - UGA : Directeur de thèse
• Guillaume DUCOURNAU, PROFESSEUR DES UNIVERSITES - Université de Lille : Rapporteur
• Olivier GAUTHIER-LAFAYE, DIRECTEUR DE RECHERCHE - CNRS : Rapporteur
• Anne KAMINSKI-CACHOPO, PROFESSEURE DES UNIVERSITES - Grenoble INP - UGA :  Examinateur
• Christelle  MONAT, PROFESSEURE DES UNIVERSITES  -  Ecole centrale de Lyon : Examinateur
• Aurore ECARNOT, INGENIEURE DOCTEURE -  EXAIL : Examinateur