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Photodétecteurs III-V accordables à base de cristaux liquides pour les capteurs optiques et la surveillance de l'état des structures.
Contexte de travail
Contexte
Dans la plupart des secteurs tels que l'aéronautique, l'espace, le ferroviaire ou l'industrie nucléaire, une défaillance peut entraîner une catastrophe. La surveillance de l'état des structures (SHM) consiste à intégrer des capteurs dans une structure afin de surveiller son état pendant son utilisation. Elle suscite un intérêt croissant en raison de ses nombreux avantages en termes de sécurité, de coût de maintenance et d'impact sur l'environnement. Les capteurs à fibres optiques sont très prometteurs pour la SHM en raison de leur faible intrusivité et de leur adaptation à de nombreuses conditions difficiles telles que des températures extrêmes ou des environnements radiatifs. En particulier, les capteurs à fibres optiques à réseaux de Bragg (FBG) présentent un grand intérêt pour la mesure d'ondes acoustiques dans des structures sensibles.
Objectifs
Dans le cadre du projet ANR « FBG-DETECT », une offre de thèse est proposée au LAAS-CNRS, Toulouse, pour travailler sur la démonstration d'un nouveau composant photonique pour l'interrogation optique de capteurs FBG. Ce dispositif clé est un photodétecteur accordable à base de cristaux liquides (LC-PD) récemment démontré par notre consortium [1]. Son principe est basé sur la variation de la biréfringence d'un cristal liquide infiltré dans une microcellule en polymère elle même intégrée sur des photodiodes semi-conductrices III-V. Un accord stable et reproductible a été démontré sur une plage spectrale de plus de 80 nm autour de 1.55 µm avec une très faible consommation d'énergie, ce qui fait des LC-PD de bons candidats pour l'interrogation optique des FBG. Toutefois, pour répondre aux exigences du système visé, leur sensibilité et leur finesse doivent être améliorées et leur contrôle individuel dans un système multiplexé doit être rendu possible, ce qui n'est pas possible avec la technologie hybride actuelle. Pour relever ces nouveaux défis, nous proposons de développer une méthode innovante de nano-structuration de surface pour aligner directement les cristaux liquides à l'intérieur d'une microcellule "tout semi-conducteur III-V". Cette méthode est basée sur l'utilisation de brins quantiques en GaAs auto-assemblés par épitaxie de gouttelettes [2]. Nous explorerons les potentialités de cette nouvelle approche pour démontrer le premier LC-PD accordable monolithique et pour optimiser ses performances pour l'interrogation des FBG.
[1] C. Levallois, et al, Opt. Express 26, 25952-25961 (2018) https://doi.org/10.1364/OE.26.025952
[2] H. Villanti et al 2025, Appl. Phys. Express in press, https://doi.org/10.35848/1882-0786/adb3eb
Missions
Le/la doctorant(e) travaillera sur l'épitaxie de brins quantiques auto-assemblés en GaAs et étudiera leurs conditions de croissance et de recuit thermique pour optimiser l'alignement des cristaux liquides le long de leur axe (uniformité, contraste, énergie d'ancrage ...). Il/elle sera également impliqué(e) dans plusieurs procédés de fabrication technologiques (photolithographie, gravure humide et sèche, métallisation, nano-impression, dépôt électrodes, inflitration cristaux liquides, ...) pour réaliser des microcellules "tout III-V" intégrant ces brins quantiques, ainsi que des composants optiques accordables complets (filtres, détecteurs, ..). Ce travail nécessitera une forte implication dans plusieurs campagnes de caractérisations structurelles et optiques.
L'étudiant(e) travaillera au sein de l'équipe MPN (Matériaux, Procédés et Nanodispositifs) du LAAS-CNRS. Ce travail de recherche sera effectué au sein de la plateforme technologique et de caractérisation du laboratoire sous la supervision de plusieurs ingénieurs du service TEAM. Le(la) doctorant(e) bénéficiera des moyens disponibles au LAAS-CNRS : plateformes de micro et nanotechnologies et de caractérisation qui font partie du réseau technologique national RENATECH.
Après plusieurs phases de formation, il(elle) sera en charge :
- du travail expérimental
- de l'analyse et de l'interprétation des résultats
- des présentations des résultats lors de conférences internationales et dans des publications.
Profil recherché
1/ Connaissances théoriques requises : science des matériaux, photonique, nano-structures et physique des dispositifs optoélectroniques.
2/ Les candidats doivent également avoir des compétences techniques dans au moins l'un des domaines suivants :
- Epitaxie par jets moléculaires (nano-structures, couches minces optiques, ...)
- Procédés de fabrication de composants photoniques (photolithographie, spin-coating, gravure, dépôt d'électrodes, montage...)
- Caractérisation de matériaux à l'échelle nanométrique (XRD, AFM, SEM, ...)
- Caractérisation de dispositifs photoniques (microscopie optique polarisée, spectroscopie FTIR, tests optiques sous pointes, ...).
3/ Compétences en rédaction de rapports et présentation orale de résultats.
4/ Langues : anglais lu/écrit/parlé.
Le(la) candidat(e) doit être titulaire d'un M2 ou d'un diplôme d'ingénieur en optique appliquée/photonique. Il(ele) devra démontrer un intérêt pour la croissance, la technologie et la caractérisation de dispositifs photoniques. Une première expérience en épitaxie sera un atout. Le dossier de candidature doit comprendre un CV détaillé, une lettre de motivation et deux noms de références pouvant être contactées.
Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques
Nous recherchons un(une) étudiant(e) motivé(s) pour s'impliquer fortement dans le travail expérimental, notamment en salle blanche. En outre, le(la) candidat(e) devra être capable de travailler de manière autonome, ainsi qu'avec d'autres membres du laboratoire ou collaborateurs en fonction de l'avancement du projet. Cette étude sera menée en étroite interaction avec nos partenaires : IMT Atlantique, Brest (propriétés des cristaux liquides), Institut FOTON, Rennes (design, fabrication et tests des photodétecteurs) et CEA-LIST, Saclay (capteurs FBG). Des séjours de courte durée sont prévus à l'IMT et à l'Institut FOTON au cours du projet.