Echantillonnage photoconductif de signaux radio-fréquence

Photoconductive sampling of radio-frequency signals

• Auteur / Autrice : Jean-Marie Delord
• Direction : Jean-Louis Coutaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et radiofréquences
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs à l'arséniure de gallium

Optoélectronique

Radiofréquences

Mots clés libres

Conversion analogique digitale

Laser femtoseconde

Photocommutation

Résumé

La très grande stabilité des sources lasers impulsionnelles utilisées comme "horloges" optiques permet d'envisager la réalisation de convertisseurs analogique-numériques fonctionnant jusqu'aux radio-fréquences. Dans ce travail nous abordons plus précisément l'étude de l'échantillonnage photoconductif pour le traitement de signaux entre 10 et 20 GHz. L'utilisation de matériau semiconducteur rapide (GaAs épitaxié à basse température) nous permet d'obtenir les bandes passantes requises alors que la propagation du signal microonde est assurée par un guide d'onde métallique déposé sur le substrat semiconducteur. Notre contribution consiste en la modélisation et la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu, notamment lors de l'interaction lumière-semiconducteur et de leur impact sur les performances du dispositif. Nous avons pour cela développé plusieurs modèles analytiques de la photocommutation, de l'échantillonnage et de la réponse fréquentielle des échantillonneurs. Finalement une étude fine de l'origine des non-linéarités dans la réponse électrique des échantillonneurs sous éclairement nous a permis de démontrer la possibilité de réaliser des dispositifs présentant une résolution effective de 6 bits à la fréquence de 10 GHz

The great stability of mode locked laser used as optical "clocks" allows the realization of analog to digital converters operating up to radio frequencies. In this work we consider more specifically the study the photoconductive sampling of signais between 10 and 20 GHz. The use of ultra fast semiconductor matériel (low temperature grown GaAs) allows us to obtain the required bandwidth while the signal propagation is achieved by a metallic microwave waveguide deposited on the semiconductor substrats. Our contribution consists in the modeling and understanding of physical phenomena involved, particularly in the lightsemiconductor interaction and their impact on device performance. For that, we have developed several analytical models of photoswitching process, sampling process and frequency response of samplers. Finally, a detailed study of the origin of nonlinearities in the electrical response of the samplers under illumination allowed us to demonstrate the feasibility of devices with an effective resolution of 6 bits at a frequency of 10 GHz