Amélioration des performances électriques d’un module de mélange optoélectronique privilégiant des dispositifs à semiconducteurs

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Amélioration des performances électriques d’un module de mélange optoélectronique privilégiant des dispositifs à semiconducteurs
Publication du sujet sur le site de l’ABG : NON
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Site de l’Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Limoges, 16 rue Atlantis, 87068 Limoges Cedex

Laboratoire d’accueil : XLIM/C2S2

Présentation de l’équipe de recherche
ESTE (Etude des Systèmes de Télécommunications de l’ENSIL) est un des groupes projets du département C2S2 de Xlim. les activités menées au sein de ce projet concernent l’étude des systèmes de télécommunications filaires (paire cuivrée, câble coaxial et fibre optique) et hertziennes (terrestre et spatiaux) selon une double approche composant et signal. Plus précisément, ces études sont associées à 3 axes de recherche étroitement liés:
> L’étude d’algorithmes de traitement du signal pour les communications numériques.
> L’implantation de ces algorithmes sur plateformes cibles de type DSP ou FPGA.
>L’étude de l’impact des composants sur les performances système d’une chaîne de transmission numérique.
Le contexte de cette thèse se situe dan s les axes 1 et 3.

Résumé de la thèse en français
L’objectif de ces travaux est d’étudier et de proposer des solutions innovantes à base de technologies photoniques privilégiant des dispositifs à semi-conducteurs (SOA, MEASOA…) pour réaliser la fonction de conversion de fréquence (Down Conversion:DoCon/Upconversion:Upcon) réalisée dans les charges utiles des satellites. Ces travaux ont pour but de montrer la validité des solutions proposées au travers de performances au moins égales à celle actuellement obtenues avec des systèmes purement électroniques.

Résumé de la thèse en anglais
The objective of this work is to study and propose innovative solutions based on photonic technologies focusing on semiconductor devices (SOA, MEASOA, etc …) to perform the function of frequency conversion (Down Conversion: DOCON / Upconversion: UPCON) used in the satellite payloads. This work aims to show the validity of proposed solutions through performance at least equal to that currently achieved with purely electronic systems.

Description complète du sujet de thèse
Contexte de l’étude:
Dans un contexte d’intégration de dispositifs optoélectroniques dans les charges utiles de satellites de télécommunication pour réaliser la fonction de conversion de fréquence, il devient intéressant de proposer des structures à base de composants semi-conducteurs offrant une compacité indéniable tout en garantissant une bande passante intéressante. L’objectif de ces travaux est d’étudier et de proposer des solutions innovantes à base de technologies photoniques privilégiant des dispositifs à semi-conducteurs pour réaliser la fonction de conversion de fréquence (DoCon/Upcon) utile dans les charges utiles. D’une part il est attendu de proposer différents types de composants semi-conducteurs susceptibles de répondre au besoin, mais aussi de proposer et simuler une seconde génération d’architectures permettant de réaliser la fonction. Un des verrous à lever concernera les performances à atteindre. Même si actuellement les technologies optoélectroniques ne peuvent égaler certaines des performances obtenues par les circuits électroniques purs, il est attendu dans ce travail de montrer que les composants semi-conducteurs permettent d’atteindre des performances meilleures que celles des circuits à base de MZM.L’ensemble des études se fera par simulation système.

Approche méthodologique proposée:
Le travail consistera dans un premier temps en l’étude du fonctionnement des charges utiles des satellites de communication.
Puis une analyse de l’état de l’art de la conversion de fréquence optique de signaux RF sera effectuée. Cette étude prendra en compte aussi bien les structures à base de MZM que les composants photonique à semi-conducteurs. Ces études permettront de proposer des scénarios de conception de mélangeurs à base de composants semi-conducteurs (SOA, MEASOA…) pour la conversion de fréquence. Une première phase de travail consistera à simuler une ou deux structures existantes avec des MZM dont les performances ont été
> mesurées par Thales Alenia Space (TAS) pour une prise en main du logiciel et validation des méthodologies de simulation utilisées. Les architectures qui seront proposées à l’issue de l’étude bibliographique seront ensuite simulées, évaluées et comparées aux performances requises pour un bon fonctionnement (données fournies par TAS).
Une implémentation expérimentale (chez TAS) pourra être envisagée en > fonction de la disponibilité des composants (commercialement disponibles). Les résultats seront comparés à la simulation.
Au besoin, il pourra être nécessaire de développer des modèles de composants optoélectroniques pour les intégrer dans le logiciel.

Planning Global du déroulement de la thèse (grandes lignes):
Etat de l’art – bibliographie sur la conversion de fréquence par voie optique – Simulations de structures de référence– Comparaison des performances vs. spécifications attendues (6 mois)
Proposition de solutions de nouvelles architectures de mélangeurs à base de semiconducteurs (6 mois):
­- Identification de solutions innovantes et pertinentes pour réaliser la conversion de fréquence; étude théorique des architectures proposées; Comparaison des différentes options
Simulation et expérimentation ( 18 mois) Finalisation: synthèse globale des travaux, rapport de thèse et conclusions (6 mois)

Objectifs scientifiques de la thèse
Montrer la faisabilité des solutions proposées de conversion de fréquence, à base de composants photonique semiconducteur, et améliorer leur performances

Compétences à l’issue de la thèse
Connaissances sur les composants photoniques pour les applications spatiales
Maitrise des techniques de conversion de fréquence à partir de composants optoélectroniques
Caractérisation de composants optoélectroniques
Maitrise de simulateurs dédiés aux systèmes optiques.
Bonne connaissance du domaine des télécommunications spatiales et des contraintes associées

Mots clés (séparés par des virgules)
dispositifs photoniques non linéaires, simulation système, conversion de fréquence, satellite, charge
utile, Gain, bruit, IP3

Expérience/profil souhaité(e)
Étudiant diplomé de master 2 (télécommunications, optoélectronique, photonique, composants).
Étudiant diplômé d’école d’ingénieur.

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer CV et lettre de motivation au directeur de thèse.

Directeur de thèse
Christelle AUPETIT-BERTHELEMOT
Adresse mail du directeur de thèse : christelle.aupetit-berthelemot@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 0555423681
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Fichier annexe (pdf) : sujet_these_2013-ED_CAB-1

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