Performances orientées système de détecteurs infrarouge à super-réseaux en cryostat opérationnel

Figures of merits at a system level of superlattice infrared Integrated Detector Dewar Cooler Assembly.

• Auteur / Autrice : Jean Nghiem Xuan
• Direction : Isabelle Ribet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et photonique
• Date : Soutenance le 10/12/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ondes et matière (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Optique et Techniques Associées
• Jury : Président / Présidente : François Julien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Ribet, Philippe Christol, Eric Costard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fabien Malbet, Olivier Gravrand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Superréseaux

Détecteurs de rayonnement infrarouge

Photonique

Optique

Mots clés libres

Superréseaux

Infrarouge

Détecteurs

T2sl

Ftm

Correctabilité

Superlattice

Infrared

Photodetector

T2sl

Mtf

Correctability

Résumé

De nombreuses filières de détecteurs coexistent dans le domaine infrarouge (longueur d’onde entre 1µm et 50µm). Chacune possède ses avantages et ses inconvénients (coût, performance, compacité …). Certaines filières sont bien établies et disponibles commercialement alors que d’autres sont encore émergentes. La filière super-réseaux (SR) est une filière récemment commercialisée. Elle repose sur l’empilement périodique de semiconducteurs (InAs/GaSb), donnant un détecteur quantique capable de détecter des longueurs d’ondes comprises entre 1 et 32µm typiquement.L’objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel de la filière super-réseaux en cryostat opérationnel à l’aide de fonctions de mérite orientées système qui tiennent compte du packaging entourant le détecteur. Nous nous concentrerons sur la Fonction de Transfert de Modulation (FTM), décrivant la résolution du système ainsi que sur le rapport Bruit Spatial Fixe Résiduel sur Bruit Temporel (BSFR/BT), décrivant la stabilité temporelle de la qualité image.Ce travail a ainsi permis de confirmer deux promesses des SR en moyen infrarouge : d’une part, la grande stabilité temporelle de la qualité image et d’autre part le faible nombre de pixels clignotants. Par ailleurs, les bancs de mesures de FTM et de stabilité temporelle développés au cours de la thèse pourront être adaptés pour caractériser d’autres filières dans les mêmes conditions de mesure.

Many photodetector technologies coexist in the infrared domain (wavelength between 1µm and 50µm). Each of them comes with its assets and drawbacks (cost, performance, compactness, etc.). Some technologies are well established and available while others are still under development. The superlattice technology (SL) recently made its way into the market. It is based on the periodic stack of semiconductors (InAs/GaSb), giving a quantum detector capable of detecting wavelengths between 1 and 32µm typically. Like other quantum infrared detectors, superlattice photodetectors need to be cooled at cryogenic temperature to maximize their electro-optical performance.The objective of this thesis is to evaluate the potential of the SLSL in IDDCA using system-oriented figures of merit, which also take into account the packaging of the detector. The present work is focused on the Modulation Transfer Function, which describes the system resolution and the ratio Residual Fixed Pattern Noise over Temporal Noise (RPFN/TN), which evaluates the temporal stability of the image quality.This present work successfully confirmed two promises of the SL in midwave infrared : the excellent stability of the image quality and the low flickering pixel count. Besides, the experimental benches developped (MTF and temporal stability alike) can be adapted to perform similar measurements with other technologies.