Optoelectronique quantique infrarouge à base de metamateriaux

Infrared quantum optoelectronics based on metamaterials

• Auteur / Autrice : Marta Mastrangelo
• Direction : Carlo Sirtori
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole normale supérieure

Mots clés

Mots clés libres

Optoelectronique

Metamateriaux

Laser à cascade quantique

Optoelectronics

Metamaterials

Quantum Cascade Laser

Résumé

Au cours de ce projet de doctorat de 3 ans dans le domaine de l'optoélectronique quantique unipolaire, l'étudiant explorera les lasers et les détecteurs à base de métamatériaux dans l'infrarouge moyen (4µm < < 10µm) du spectre électromagnétique. La mission du doctorant est de concevoir, construire et caractériser des détecteurs quantiques avec des sensibilités approchant le niveau du photon unique, qui seront utilisés pour sonder les propriétés quantiques du rayonnement produit par les lasers. Le doctorant aura l'opportunité de travailler dans un environnement scientifique d'excellence en recherche au cœur de Paris, avec des installations de premier ordre et des collaborations avec les meilleures institutions scientifiques et industrielles dans le domaine du MIR. Le point de départ du projet est la conception et la réalisation de détecteurs infrarouges quantiques à base de micro-cavités d'antennes et de lasers à cascade quantique. Pour les détecteurs, nous explorerons et optimiserons diverses régions absorbantes, telles que les détecteurs à cascade quantique, et réaliserons de nouvelles fonctions, telles que la détection multispectrale. Pour les lasers, nous nous concentrerons sur la compensation de dispersion pour la génération de peignes et les DFB monomodes. Les détecteurs et les lasers seront caractérisés par des techniques avancées, telles que la détection hétérodyne, et poussés à leurs performances ultimes. Le doctorant participera activement à la conception et à la fabrication des détecteurs, en partant de la modélisation numérique 3D, en passant par le traitement en salle blanche et la caractérisation optique des structures.

During this 3 year PhD project in the field of Unipolar Quantum Optoelectronics, the student will explore lasers and detectors based on metamaterials in the mid-infrared part (4µm < λ < 10µm) of the electromagnetic spectrum. The mission of the PhD student is to conceive, build and characterize quantum detectors with sensitivities approaching the single photon level, which will be used to probe the quantum properties of radiation produced by the lasers. The PhD candidate will have the opportunity to work in a scientific environment of research excellence in the heart of Paris, with top class facilities and collaborations with top scientific and industrial institutions in the field of MIR. The starting point for the project is the conception and realisation of quantum infrared detectors based on antenna micro-cavities and quantum cascade lasers. For detectors we will explore and optimize various absorbing regions, such as quantum cascade detectors, and will achieve new functions, such as multi-spectral detection. For lasers we will focus on dispersion compensation for comb generation and single mode DFBs. Detectors and lasers will be characterized by advanced techniques, such as heterodyne detection, and pushed to its ultimate performance. The PhD student will actively participate in the conception and fabrication of the detectors, starting from 3D numerical modelling, through clean-room processing and optical characterization of the structures.