Traitement de signaux RF à l'aide de dispositifs optoélectroniques ultra-rapides et travaux complémentaires de spectroscopie térahertz. RF signal processing using ultrafast optoelectronics devices and related terahertz spectroscopy experiments.

par Mohan Babu Kuppam

Thèse de doctorat en Sciences et technologie industrielles

Sous la direction de Jean-Louis Coutaz et de Jean-François Roux.

Soutenue le 13-12-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec Institut de la Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (équipe de recherche) .

Le président du jury était Guy Vitrant.

Le jury était composé de Jean-francois Lampin, Michel Gendry, Philippe Belleudy, Agnes Front, Stephane Richard.

Les rapporteurs étaient Laurent Chusseau, Didier Decoster, Herve Chabanne.


  • Résumé

    Ce travail a été consacré à l'étude de composants optoélectroniques ultra-rapides pour le traitement de signaux RF jusqu'au domaine THz, ainsi qu'à l'étude de composants pour les faisceaux THz. Tout d'abord, le travail a porté sur des photo-commutateurs optoélectroniques fabriqués avec des semi-conducteurs ultrarapides. Le dispositif, éclairé par le battement de 2 faisceaux optiques et polarisé par une tension RF, réalise le mélange de ces fréquences. Les propriétés du dispositif (bande passante, efficacité, génération de fréquences…) ont été modélisées et les simulations ont été validées par des mesures expérimentales. Quand le signal RF est modulé par un signal « information », cette information peut être directement extraite en égalant fréquences RF et de battement optique. Le signal démodulé est très pur : ainsi nous avons mesuré une largeur spectrale à -3 dB de 11 Hz. D'autres matériaux pour la génération THz et la photo-commutation ultrarapide furent aussi étudiés, comme des boîtes quantiques en InAs. Enfin, nous avons réalisé une étude par spectroscopie THz dans le domaine temporel des propriétés de dispositifs métalliques sous-longueur d'onde pour la manipulation de faisceaux THz, comme des réseaux de trous dans une plaque métallique ou de filtres à grille, ainsi que de films nanométriques de graphène ou de nanotubes de carbone.

  • Titre traduit

    RF signal processing using ultrafast optoelectronics devices and related terahertz spectroscopy experiments


  • Résumé

    This PhD work was devoted to the study of ultrafast optoelectronic components for processing RF signals up to the THz range, and of related THz devices. First, we used a photoconductive switch, made of low-temperature grown GaAs, excited by the optical beating of two CW laser beams and biased by a RF signal. The switch serves as a frequency mixer, whose properties (bandwidth, efficiency, sideband generation…) were modeled and the simulation results were experimentally validated. When the RF signal is modulated by information, this information can be directly extracted by setting the beating frequency equal to the RF one. The demodulated signal exhibits a high spectral purity, 11 Hz bandwidth at -3 dB. Other materials for THz generation and fast photo-switching were also studied, like InAs quantum dots. Finally, we performed a THz time-domain spectroscopy study of metallic sub-wavelength devices for THz beam processing, like hole arrays and metallic mesh filters, as well as nanometric thin films of graphene and carbon nanotubes.


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