Réalisation et caractérisation de photodiodes à transport unipolaire pour la génération d'ondes térahertz

par Alexandre Beck

Thèse de doctorat en Microondes et microtechnologies

Sous la direction de Francis Mollot et de Jean-François Lampin.

Soutenue le 03-12-2008

à Lille 1 .


  • Résumé

    Situé entre la lumière visible et les micro-ondes, le domaine de fréquence tèrahertz (THz) est une zone du spectre électromagnétique encore peu exploitée. Il existe pourtant de nombreuses applications: détection de polluants, contrôle de qualité, imagerie médicale, télécommunications à très haut débit ... Cependant, à ce jour, il n'existe pas de sources accordables, compactes, efficaces, fonctionnant à tempèrature ambiante et de faible coût. L'opto-électronique répond en partie à ces besoins grâce aux photodétecteurs sensibles à une longueur d'onde de 800 nm. L'utilisation d'une longueur d'onde de 1550 nm permettrait de bénéficier de la disponibilité de sources optiques relativement peu onéreuses et compactes et d'un système fibré. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à un photodétecteur prometteur avec une fréquence de coupure potentiellement élevée et de bonnes caractéristiques en régime de saturation: la photodiode à transport unipolaire (UTC-PD). La prenùère partie de ce travail de thèse a consisté à développer un procédé de réalisation technologique d'UTC-PDs intégrées de façon monolithique à des guides d'ondes coplanaires pour la génération d'impulsions picosecondes. Ces dispositifs ont été caractérisés par échantillonnage électro-optique et ont généré des impulsions électriques de quelques picosecondes de largeur à mi-hauteur. Dans un second temps, l'intégration monolithique d'UTC-PD avec une nouvelle antenne THz large bande a permis la génération d'ondes THz monochromatiques (1,1 µW à 940 GHz) par mélange hétérodyne de deux sources lasers continues de longueur d'onde autour de 1550 nm. Des mesures de spectroscopie de gaz à 1,4 THz ont aussi été réalisées.

  • Titre traduit

    Fabrication and characterization of uni-travelling-carrier photodiodes applied to terahertz waves generation


  • Résumé

    Lying between visible ligbt and microwaves range, the terahertz frequency domain is still remaining unexploited. Many potential applications exist yet such as: pollutants sensing, quality control, medical imaging, high speed telecommunications, ... However, to date there have been no easy frequency tuning, compact, efficient, low-cost and room temperature working sources. Optoelectronics could satisfy these requirements thanks to LTG-GaAs photodetectors sensitive to a wavelength of 800 nm. But a 1550 nm based photodetector would permit the use of the abundants and cheaper optical components that exist at this wavelength. ln this situation, we focus our attention on a promising 1550 nm-photodetector with both a potentially high cutoff frequency and good saturation behaviour : the uni-travelling-carrier photodiode (UTC-PD) The first part of this work consists in developing a technological process for UTC-PD's monolithically integrated with coplanar waveguides in order to generate picosecond pulses. These devices have been characterized by electro-optic sampling and pulses with full width at half maximum of few picoseconds have been achieved Then, we describe the technological process of the monolithic integration of a UTC- PD with a new broadband THz antenna This device allows the generation of continuous THz-waves by optical beating of two lasers. A power of 1.1 µW at 940 GHz was demonstrated and spectroscopic measurements of gas absorption lines at 1.4 THz was also done.


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Informations

  • Détails : 1 vol.(200 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitre. 148 réf.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2008-271
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