Instrumentation RF et THz basée sur la photonique pour la caractérisation ultra-large bande de dispositifs électroniques // Photonics-Based RF and THz Instrumentation for Ultra-Broadband Device Characterization

L'augmentation continue des fréquences de fonctionnement des dispositifs électroniques et photoniques utilisés dans les systèmes de télécommunications, de détection et d'imagerie nécessite le développement de nouvelles techniques de caractérisation capables de couvrir des bandes de fréquences extrêmement larges. Les composants modernes fonctionnant dans les domaines millimétriques et térahertz peuvent opérer depuis quelques dizaines de GHz jusqu'à plusieurs centaines de GHz, voire s'approcher du domaine THz. Cependant, l'instrumentation électronique conventionnelle, telle que les analyseurs de spectre ou les analyseurs de réseau vectoriels, est généralement limitée à des fréquences inférieures à environ 100 GHz ou nécessite des modules d'extension coûteux fonctionnant bande par bande.

Les approches basées sur la photonique offrent une alternative prometteuse pour dépasser ces limitations. Dans ces techniques, des dispositifs optoélectroniques ultrarapides permettent de convertir des signaux RF ou THz vers des fréquences plus basses, accessibles à l'instrumentation électronique standard. Parmi ces dispositifs, les photoconducteurs ultrarapides constituent une technologie particulièrement intéressante grâce à leur réponse optoélectronique extrêmement rapide.

Le groupe Photonique THz de l'IEMN a développé au cours des dernières années des photoconducteurs MSM ultrarapides intégrés dans des microcavités optiques basés sur du GaAs à basse température (LT-GaAs) et de l'InGaAs dopé au fer (Fe:InGaAs). Ces dispositifs peuvent fonctionner à la fois comme mélangeurs optoélectroniques pour la détection hétérodyne large bande et comme sources par photomélange pour la génération de signaux millimétriques et térahertz.

L'objectif de cette thèse est de développer des briques technologiques pour l'instrumentation RF et THz basée sur la photonique, en exploitant ces dispositifs photoconducteurs ultrarapides. Les travaux porteront sur la modélisation, la conception et la validation expérimentale de dispositifs et de systèmes permettant la génération et la conversion de signaux sur des bandes de fréquences ultra-larges. Ce projet contribuera au développement d'une nouvelle génération d'instruments de mesure RF et THz basés sur la photonique, capables de caractériser des dispositifs électroniques sur des bandes de fréquences extrêmement étendues.
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The continuous increase in operating frequencies of electronic and photonic devices used in telecommunications, sensing, and imaging systems requires the development of characterization tools capable of covering extremely wide frequency ranges. Modern millimeter-wave and terahertz components may operate from a few tens of GHz up to several hundreds of GHz, and in some cases approaching the THz domain. However, conventional electronic instrumentation such as spectrum analyzers or vector network analyzers is typically limited to frequencies below about 100 GHz or requires expensive frequency-extension modules operating band by band.

Photonics-based approaches provide a promising alternative to overcome these limitations. In these techniques, ultrafast optoelectronic devices are used to convert very high-frequency signals into lower-frequency signals that can be analyzed using conventional electronic instrumentation. Among these technologies, ultrafast photoconductive devices are particularly attractive thanks to their extremely fast optoelectronic response.

Over the past fifteen years, the THz Photonics group at IEMN has developed ultrafast MSM photoconductors integrated into optical microcavities based on low-temperature-grown GaAs (LT-GaAs) and iron-doped InGaAs (Fe:InGaAs). These devices can operate both as optoelectronic mixers for broadband heterodyne detection and as photomixing sources for millimeter-wave and THz signal generation.

The objective of this PhD project is to develop key building blocks for photonics-based RF and THz instrumentation using these ultrafast photoconductive devices. The research will focus on the modeling, design, and experimental validation of optoelectronic devices and circuits enabling ultra-wideband signal generation and frequency conversion. This work will contribute to the development of a new generation of photonics-assisted RF and THz measurement systems capable of characterizing electronic devices over extremely wide frequency ranges.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Lille

632 ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d'un Master ou diplôme équivalent en électronique, génie électrique, physique appliquée ou photonique. Le candidat devra manifester un intérêt marqué pour l'électronique haute fréquence (RF, ondes millimétriques ou THz) ainsi que pour les dispositifs optoélectroniques. Le projet comporte à la fois des aspects théoriques et expérimentaux incluant la modélisation de dispositifs, la conception de circuits et la réalisation de mesures en laboratoire. Le candidat devra donc être motivé pour travailler à l'interface entre électronique et photonique. Des connaissances en hyperfréquences, en dispositifs semi-conducteurs ou en photonique seront appréciées. Curiosité scientifique, autonomie et capacité à travailler dans un environnement interdisciplinaire seront des qualités essentielles.
We are seeking a highly motivated candidate holding a Master's degree (or equivalent) in Electronics, Electrical Engineering, Applied Physics, or Photonics. The candidate should have a strong interest in high-frequency electronics (RF, millimeter-wave, or THz) as well as optoelectronic devices. The project involves both theoretical and experimental aspects, including device modeling, circuit design, and laboratory measurements. Therefore, the candidate should be willing to work at the interface between electronics and photonics. Knowledge of microwave engineering, semiconductor devices, or photonics would be considered an advantage. Scientific curiosity, autonomy, and motivation to work in an interdisciplinary research environment are essential qualities.