Conception, modélisation et caractérisation de détecteurs térahertz innovants

Design, modeling and characterization of innovative THz detectors

• Auteur / Autrice : Duy Thong Nguyen
• Direction : Jean-Louis Coutaz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 12/11/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique
• Jury : Président / Présidente : Carlo Sirtori
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francois Simoens
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gian piero Gallerano, Ronan Sauleau

Mots clés

Mots clés libres

Imagerie térahertz

Terahertz

Bolomètre à antenne

Simulation électromagnétique

Spectroscopie par transformée de Fourier

Réponse spectrale

Terahertz imaging

Terahertz

Antenna-coupled bolometer

Electromagnetic simulation

Fourier transform spectroscopy

Spectral response

Résumé

Le but de cette thèse est d’établir une modélisation électromagnétique du détecteurbolométrique térahertz (THz). Ce travail aide à faciliter la conception de bolomètre THz dontla structure est basée sur celle de bolomètre infrarouge à température ambiante. Le contextede la thèse est l’imagerie THz active. Nous avons étudié le comportement électromagnétiqued’un bolomètre à antenne de bande spectrale 1 – 5 THz. Deux modes de simulation ont étéréalisées : l’une est en mode de réception et l’autre est d’émission. La combinaison de cesmodes de simulation constitue un outil important pour concevoir le bolomètre THz. Latechnique de spectroscopie par transformée de Fourier a été utilisée pour caractériserexpérimentalement le comportement électromagnétique du détecteur. Nous avons mesuré laréflectivité de la surface du plan focal de détecteur ainsi que la réponse spectrale du détecteur.Les deux sont confrontées avec la simulation et elles se trouvent en bon accord. Avec lesconnaissances obtenues des résultats théorique et mesuré, la recherche aide à améliorer desperformances du détecteur actuel. Nous avons aussi proposé un design pour le bolomètre defaible fréquence (850 GHz). Ce dernier ouvre la perspective d’emmener la technologie debolomètre d’infrarouge vers la bande sous-térahertz où l’imagerie est beaucoup plusfavorable.

This PhD thesis aims to establish an electromagnetic modeling of the bolometer atterahertz (THz) range that can facilitate the design of the detector from the uncooled infraredbolometer technology. The envisaged application for the detectors lies in active THz imagingat room temperature. We have studied the optical coupling of a THz antenna-coupledbolometer operating in the range 1 – 5 THz. Simulations in receiving and transmitting modeshave been performed to study the optical characteristics of the bolometer. The combination ofthese two simulation types leads to a powerful toolset to design terahertz bolometers. For theexperimental aspect, measurements have been performed by using Fourier-transformtechnique to study experimentally the electromagnetic behavior of the bolometer. They aremeasurement of reflectivity of the focal plane array’s surface and spectral responsemeasurement. The results of measurement were found to be in good agreement with thesimulation. The understanding from the study in this PhD helps us make improvement to theactual detector. Also the design of bolometer for low frequency (850 GHz) has beenproposed. This leads to a perspective of using bolometer for terahertz imaging at thefrequency where many characteristic of the terahertz radiation are favorable for imagingapplication.