développement d'un procédé intégré de réflecto-transmissiométrie temporelle térahertz à excitation optoélectronique

development of an integrated process for terahertz time-domain reflecto-transmissometry with optoelectronic excitation

• Auteur / Autrice : Raphaël Pederiva
• Direction : Jean-François Roux, Philippe Artillan
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Optique et Radiofréquences
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Radiofréquences, Optique et Micro-nanoélectronique des Alpes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Roux, Emilien Peytavit, Vincent Laur, Elodie Richalot, Anne Vilcot, Philippe Artillan
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emilien Peytavit, Vincent Laur

Mots clés

Mots clés libres

Hyperfréquences

THz

Spectroscopie dans le domaine temporel

Caractérisation de matériau

Permittivité diélectrique

Radiofrequencies

THz

Time-domain spectroscopy

Material characterization

Dielectric permittivity

Résumé

La caractérisation des propriétés diélectriques des matériaux est un domaine de recherche fondamental, motivé par la nécessité croissante de concevoir des dispositifs plus performants et efficaces dans de nombreuses applications technologiques. Par exemple, dans le domaine des radiofréquences, la connaissance précise de l'indice de réfraction est cruciale pour la conception, la simulation et l'optimisation des dispositifs électroniques tels que les antennes, les filtres ou encore les circuits intégrés. Ces travaux de thèse portent ainsi sur le développement de circuits THz intégrés et sur la mise au point d'une méthode de caractérisation de l'indice de réfraction de matériau via une approche temporelle. Cette technique utilise un laser impulsionnel femtoseconde combiné à l'utilisation de photocommutateurs ultrarapides pour la génération et la détection de signaux. Cette approche permet la mesure sur une gamme de fréquence allant de 50 à 550 GHz. Le matériau sous test, ainsi que les générateur et détecteur THz, sont intégrés au sein d'un dispositif permettant plus spécifiquement la mesure de matériau de faible volume. Dans ces travaux, une modélisation complète du système de mesure et la procédure d'extraction de l'indice de réfraction de matériau sont présentées. Une mise en œuvre expérimentale est également proposée avec notamment la caractérisation de l'indice de réfraction de gouttelettes de glycérol d'une centaine de nanolitres.

Characterizing the dielectric properties of materials is a fundamental area of research, driven by the growing need to design more efficient and effective devices in many technological applications. For example, in the field of radio frequencies, precise knowledge of the refractive index is crucial for the design, simulation and optimization of electronic devices such as antennas, filters and integrated circuits. This thesis therefore focuses on the development of a method for characterizing the refractive index of materials using a time-domain approach. This technique uses a femtosecond pulsed laser combined with the use of ultrafast photoswitches for signal generation and detection. This approach allows the measurement over a frequency range from 50 to 550 GHz. The material under test, as well as the THz generator and detector, are assembled in an integrated device that is specifically relevant to measure small-volume materials. In this work, a complete model of the measurement system and the procedure for extracting the refractive index of the material are presented. An experimental implementation is also proposed, including characterization of the refractive index of glycerol droplets of around one hundred nanoliters.