La spectroscopie infrarouge moyen (IR moyen) est un moyen presque universel d'identifier des substances chimiques et biologiques et d'effectuer des diagnostics non intrusifs. En effet, le domaine spectral moyen IR contient la région dite « d’empreinte digitale » (longueur d’onde de 6 à 15 µm) dans laquelle la plupart des molécules ont des résonances vibrationnelles et rotationnelles. Cette gamme de longueurs d'onde peut donc être exploitée pour détecter de petites traces de substances dangereuses et toxiques pour l'environnement pour diverses applications, notamment la défense, la sécurité et la surveillance industrielle. Une tâche difficile consiste à rendre la spectroscopie infrarouge moyen accessible dans les zones reculées, en favorisant le développement de solutions compactes et rentables pour remplacer les systèmes de table .

            Le développement de circuits photoniques dans le moyen IR a ainsi bénéficié d’un regain d’activité de recherche ces dernières années. Différentes solutions sont explorées pour le développement d’une plateforme intégrée de détection infrarouge moyen. Parmi eux, la photonique au silicium (Si) peut avoir un impact majeur sur le développement de la photonique infrarouge moyen en tirant parti des technologies de fabrication fiables et en grand volume déjà développées pour les circuits intégrés microélectroniques . Point clé pour la spectroscopie optique et la détection moléculaire, les fonctions optiques qui seront développées à l'aide de circuits photoniques en Si devraient offrir la capacité de récupérer le spectre d'un faisceau lumineux après interaction avec la substance à analyser , d'en détecter la présence et de quantifier sa présence. concentration des composés moléculaires.

            La photonique Ge-rich SiGe a été développée dans notre groupe ces dernières années, en étroite collaboration avec Politecnico Di Milano. Il a été démontré que le guide d'ondes SiGe à indice gradué peut être utilisé dans une large gamme de longueurs d'onde dans l'IR moyen, et une large gamme de blocs de construction passifs, notamment des interféromètres Mach Zehnder [1] ou des résonateurs intégrés, ont été obtenus [2] . Ensuite, la démonstration d'une source optique à large bande passante sur puce basée sur les effets optiques non linéaires des guides d'ondes SiGe[3], et la réalisation de dispositifs optoélectroniques (modulateur et photodétecteur) [4,5] complètent la plateforme photonique.

            Dans ce contexte, l'objectif du post-doctorat est de développer pour la première fois un spectromètre double peigne sur puce basé sur des circuits photoniques SiGe dans le moyen IR. Le battement des deux peignes de fréquence sera détecté et observé dans le domaine RF, ciblant la spectroscopie avec une résolution inférieure au MHz. Différentes solutions seront étudiées pour la source de peigne de fréquence, basée soit sur une génération de peigne de fréquence non linéaire, soit sur une base électro-optique. L'opportunité de développer une version avancée du démonstrateur incluant l'intégration de la partie détection et la détection sur puce sera évaluée.

L'activité de recherche comprendra :

- Etudes théoriques, conception et modélisation du dispositif

- Conception et fabrication des appareils en salle blanche interne

- Caractérisations expérimentales des dispositifs, à l'aide de bancs optiques moyen IR déjà développés dans le groupe

Le travail est réalisé dans le cadre du projet ERC Electrophot (2023-2028), en collaboration avec le laboratoire L-Ness (Politecnico di Milano)

Les références

[1] M. Montesinos-Ballester, V. Vakarin, Q. Liu, X. Le Roux, J. Frigerio, A. Ballabio, A. Barzaghi, C. Alonso-Ramos, L. Vivien, G. Isella, D. Marris-Morini, guides d'ondes et interféromètres SiGe gradués riches en Ge d'une plage de longueurs d'onde de 5 à 11 μm, Optics Express, 28 (9), 12771 (2020). https://doi.org/10.1364/OE.391464

[2] JM. Ramirez, Q. Liu, V. Vakarin, X. Le Roux, J. Frigerio, A. Ballabio, C. Alonso Ramos, E. Talamas Simola, L. Vivien, G. Isella, D. Marris-Morini, Hippodrome intégré haut débit résonateurs en anneau pour la photonique infrarouge à ondes longues, Optics Letters, 44 (2), 407 (2019). https://doi.org/10.1364/OL.44.000407

[3] M. Montesinos-Ballester, C. Lafforgue, J. Frigerio, A. Ballabio, V. Vakarin, Q. Liu, JM Ramirez, X. Le Roux, D. Bouville, A. Barzaghi, C. Alonso-Ramos , L. Vivien, G. Isella et D. Marris-Morini, Génération de supercontinuum infrarouge moyen sur puce de 3 à 13 μm de longueur d'onde, ACS Photonics, 7, 3423-3429, (2020) https://dx.doi .org/10.1021/acsphotonics.0c01232

[4] THN Nguyen, N. Koompai, V. Turpaud, M. Montesinos-Ballester, J. Peltier, J Frigerio, A. Ballabio, R. Giani, JR. Coudevylle, C. Villebasse, D. Bouville, C. Alonso-Ramos, L. Vivien, G. Isella, D. Marris-Morini, modulateur électro-optique silicium-germanium 1 GHz dans la gamme de longueurs d'onde 5-9 μm, Optics Express , 30, (26), 47093 (2022). https://doi.org/10.1364/OE.476164

[5] THN Nguyen, N. Koompai, V. Turpaud, M. Montesinos-Ballester, J Frigerio, S. Calcaterra, A. Ballabio, X. Le Roux, JR. Coudevylle, C. Villebasse, D. Bouville, C. Alonso-Ramos, L. Vivien, G. Isella, D. Marris-Morini, Photodétecteur intégré à température ambiante entre 5 µm et 8 µm de longueur d'onde, Advanced Photonics Research, 2200237 (2022) http://doi.org/10.1002/adpr.202200237

La spectroscopie infrarouge moyen (IR moyen) est un moyen presque universel d'identifier des substances chimiques et biologiques et d'effectuer des diagnostics non intrusifs. En effet, le domaine spectral moyen IR contient la région dite « d’empreinte digitale » (longueur d’onde de 6 à 15 µm) dans laquelle la plupart des molécules ont des résonances vibrationnelles et rotationnelles. Cette gamme de longueurs d'onde peut donc être exploitée pour détecter de petites traces de substances dangereuses et toxiques pour l'environnement pour diverses applications, notamment la défense, la sécurité et la surveillance industrielle. Une tâche difficile consiste à rendre la spectroscopie infrarouge moyen accessible dans les zones reculées, en favorisant le développement de solutions compactes et rentables pour remplacer les systèmes de table .

            Le développement de circuits photoniques dans le moyen IR a ainsi bénéficié d’un regain d’activité de recherche ces dernières années. Différentes solutions sont explorées pour le développement d’une plateforme intégrée de détection infrarouge moyen. Parmi eux, la photonique au silicium (Si) peut avoir un impact majeur sur le développement de la photonique infrarouge moyen en tirant parti des technologies de fabrication fiables et en grand volume déjà développées pour les circuits intégrés microélectroniques . Point clé pour la spectroscopie optique et la détection moléculaire, les fonctions optiques qui seront développées à l'aide de circuits photoniques en Si devraient offrir la capacité de récupérer le spectre d'un faisceau lumineux après interaction avec la substance à analyser , d'en détecter la présence et de quantifier sa présence. concentration des composés moléculaires.

            La photonique Ge-rich SiGe a été développée dans notre groupe ces dernières années, en étroite collaboration avec Politecnico Di Milano. Il a été démontré que le guide d'ondes SiGe à indice gradué peut être utilisé dans une large plage de longueurs d'onde dans l'IR moyen, et une large gamme de blocs de construction passifs, notamment des interféromètres Mach Zehnder ou des résonateurs intégrés, ont été obtenus. Ensuite, la démonstration d'une source optique à large bande passante sur puce basée sur les effets optiques non linéaires des guides d'ondes SiGe, et la réalisation de dispositifs optoélectroniques (modulateur et photodétecteur) ont récemment complété la plateforme photonique. Pour l'instant les performances du modulateur et du photodétecteur sont limitées par rapport aux dispositifs fonctionnant dans le proche infrarouge, notamment le taux d'extinction du modulateur. Cela vient d'un compromis entre la perte du modulateur et l'efficacité des dispositifs basés sur Schottky ou basés sur PIN développés jusqu'à présent.

Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est de développer un modulateur et un photodétecteur intégrés de haute performance, fonctionnant dans une large gamme spectrale dans l'infrarouge moyen, typiquement de 5 à 12 µm de longueur d'onde.

Différentes stratégies seront utilisées, notamment le réglage du confinement électrique et optique dans le modulateur, le développement d'une nouvelle architecture de diode, ainsi que la conception appropriée de l'accès RF.

L'activité de recherche comprendra :

- Modélisation des dispositifs photoniques (simulation optique, électro-optique à l'aide de logiciels disponibles dans le commerce et développement d'interfaces de code (python/matlab)

- Conception et fabrication des appareils en salle blanche interne

- Caractérisations expérimentales des dispositifs, à l'aide d'un banc optique moyen IR déjà développé dans le groupe

Le travail est réalisé dans le cadre du projet EU ERC Electrophot (2023-2028), en collaboration avec Politecnico Di Milano.

Mémoire de Master sur l'Empreinte Carbone des Thermoplastiques Verts Haute Performance

Êtes-vous intéressé à quantifier l’empreinte carbone des polymères verts haute performance et aux stratégies/méthodes de développement pour la réduction de l’empreinte carbone de ces matériaux polymères ? Rejoignez ensuite notre équipe multidisciplinaire de scientifiques des polymères et de l'environnement pour un mémoire de maîtrise de 6 mois portant sur l'empreinte carbone des polymères verts. Le mémoire de Master fait partie du projet collaboratif de l'INSA avec la société Radiall sur la durabilité des thermoplastiques verts.

Contexte et objectifs

Les polymères haute performance remplacent peu à peu les matériaux traditionnels en raison de leur rapport résistance/poids et de leurs avantages économiques par rapport à l'aluminium et aux autres métaux. Leur application nécessite souvent des matériaux stables, résistants aux facteurs externes et à la dégradation, tout en répondant aux exigences du développement durable sans alourdir l'environnement tout au long de leur cycle de vie.

Radiall est l'un des leaders mondiaux dans le domaine des thermoplastiques haute performance. Actuellement, les thermoplastiques représentent environ 8 % des émissions de CO ₂ de toutes les émissions de CO ₂ liées aux matières premières utilisées pour fabriquer les produits Radiall. L'entreprise recherche actuellement une stratégie visant à réduire les impacts environnementaux (cradle-gate) de ses produits en compromettant les performances et les qualités de ces produits. Par conséquent, l’objectif principal du stage est de développer une méthode/un outil pour soutenir la conception de thermoplastiques verts haute performance pour la société Radiall, grâce à la bonne combinaison des niveaux de performance du portefeuille de produits/composants de Radiall .

Compétences développées :

A l'issue de ce mémoire de Master, l'étudiant acquerra des compétences en analyses de cycle de vie, en éco-conception et en modélisation des impacts environnementaux. Connaissance des sciences des matériaux et des polymères.

Description de l'emploi

L'objectif de recherche de cette thèse de master sera la combinaison d'évaluations du cycle de vie et de stratégies de conception pour explorer des matériaux alternatifs à faible empreinte carbone pour la fabrication de polymères verts haute performance. Le stage s'effectuera au sein du Laboratoire CNRS-IMP d'Ingénierie des Matériaux Polymères sous la direction d'un chercheur spécialisé dans l'analyse du cycle de vie et l'évaluation de l'empreinte carbone des produits. Le candidat bénéficiera également du soutien de chercheurs spécialisés en génie des polymères et des matériaux. La durée du stage est de 6 mois, à compter du 1er avril

Applications

Si vous êtes intéressé, merci d'envoyer votre CV au Dr Sylvestre NJAKOU-DJOMO : sylvestre.njakou-djomo@insa-