Doctorant (H/F) :Photodetecteurs ultra rapides pour génération et détections de signaux THz à partir de

Sujet de thèse :
Les radiations térahertz (THz), qui englobent les ondes électromagnétiques dans la plage de fréquences de 0.1 à 10 THz, jouent un rôle essentiel dans de nombreuses avancées en recherche fondamentale et en ingénierie [1]. Elles ouvrent la voie à une multitude d'applications, notamment la spectroscopie de gaz, l'imagerie THz et les télécommunications sans fil [2]. Le domaine de la spectroscopie THz a connu des progrès significatifs en termes d’énergie d'impulsion, d’accordabilité, et de largeur de bande. Pour générer des impulsions THz, on peut utiliser la conversion d'impulsions laser ultra-rapides via des interactions non linéaires dans des liquides, des gaz ou des cristaux. En parallèle, des systèmes THz ont été développés en utilisant des photoconducteurs (PC) ultra-rapides, dans lesquels un semi-conducteur (SC) est intégré à une antenne métallique THz. Lorsque l'énergie des photons dépasse la bande interdite du SC, des paires électron-trou mobiles sont générées et accélérées par un champ electrique statique appliquée au SC par l’intermédiaire d’électrodes de polarisation, produisant un courant oscillant à la fréquence THz responsable du rayonnement. Des lasers femtosecondes sont généralement utilisés comme source optique pour produire des impulsions THz large bande sub-picoseconde. Il est aussi possible de générer une onde THz en régime continu (CW) en produisant un battement optique à partir de deux lasers CW superposés qui est convertit par le PC, appelé photomélangeur. À noter dans ce régime, les photodiodes (PD) ultra-rapides surpassent les PC en tant qu'émetteurs THz [3]. La technologie PC/PD, qui peut être intégrée de manière transparente avec les fibres optiques, offre des promesses substantielles en termes d'efficacité et d'intégration dans des systèmes compacts. La performance des systèmes THz est déterminée par les propriétés du convertisseur optoélectronique et du laser. La plupart des PC et PD THz ont été étudiés pour fonctionner aux longueurs d'onde laser autour de 800 nm et 1550 nm, compatibles avec les technologies les plus avancées telles que les lasers fs Ti:Sa et les lasers télécom CW.

Au cours des dernières années, les lasers fibrés à base d'ytterbium ont démontré des capacités impressionnantes en augmentant significativement le taux de répétition et en fournissant une puissance moyenne exceptionnellement élevée, atteignant plusieurs kW dans des systèmes volumineux ou ~100 W dans une chaîne fibrée [4]. Cependant, cette puissance substantielle disponible à la longueur d'onde de 1 µm doit encore être exploitée pour le développement d'émetteurs THz de haute puissance utilisant des dispositifs optoélectroniques présentant une haute efficacité de conversion optique-THz et une grande facilité d'intégration.
Jusqu’à présent, les recherches sur le développement de composants optoélectroniques THz fonctionnant à une longueur d'onde de 1 µm se sont principalement c
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